Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С К И Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т
С хемо т ехнич ес к о е мо делиро вание на Э В М в с ис т еме MicroCAP. Ч ас т ь 2. А нализс хем: ис с ледо вание перехо дных про цес с о в и ч аст о т ных харак т ерис т ик Уч ебно -мет о дич ес к о е по с о бие к лабо рат о рно мупрак т ик уму
с пециально с т ь 010801 (013800) – радио ф изик а и элек т ро ник а
В ОРОНЕЖ 2005
2 У тверж дено научно -методическим С о ветом физическо г о факультета 14.01.04 г ., про токо л № 1. С о ставитель Зах аро в А.В .
У чебно -методическо е по со бие по дг о товлено накафедре радио физики физическо г о факультетаВ о ро неж ско г о г о сударственно г о университета
Реко мендуется для студентов3 курсад/о спец иально сти 010801 (013800) – Радио физикаи электро ника при изучении курса"Д о по лнительны е г лавы о сно врадио электро ники".
3 В В Е ДЕ НИЕ В перво й части бы ли рассмо трены о сно вны е этапы со здания чертеж асх емы анализируемо г о устро йства в системе MicroCAP. П о сле то г о как со здан чертеж сх емы или задано ее тексто во е о писание, перех о дятк мо делиро ванию (анализу) устро йства. Ос но вные виды анализа элек т ро нных с хем всистеме MicroCAP. 1) А нализ п ер ех одны х п р оцессов (Transient Analysis) – наблю дение сиг нало в во времени в различны х точках сх емы . В качестве сиг нало в рассматриваю тся токи, напряж ения и др., атакж е различны е прео бразо вания этих величин, например, спектры , про изво дны е, интег ралы и т. п. П еред вы по лнением анализа во змо ж ен расчетреж има по по стоянно мутоку (Operating point) с о тображ ением по тенц иало вразличны х узло внасх еме. 2) А нализ част от ны х х ар акт ер ист ик (AC Analysis) – наблю дение зависимо сти параметро в переменны х сиг нало в (амплитуда, фазаи др.) в различны х точках сх емы о тчастоты переменно г о вх о дно г о сиг нала (или сиг нало в). Здесь мо ж но наблю датьамплитудно -частотны е (АЧ Х ) и фазо частотны е (Ф Ч Х ) х арактеристики исследуемо г о устро йства. 3) А нализ п ер едат очны х ф ункций п о п ост оянному т оку (DC Analysis) – наблю дение зависимо сти величин по сто янны х токо ви напряж ений вразличны х точках сх емы о тпо стоянны х вх о дны х то ко в или напряж ений. Здесь мо ж но наблю дать статические во льт-амперны е х арактеристики дио до в, транзисторо в и друг их радио электро нны х устро йств. С истема MicroCAP мо ж етпро изво дить анализ электро нны х сх ем при вар иации п ар амет р ов их элемент ов (Stepping) и при случайном р азбр осе п ар амет р ов (Monte Carlo). Э то по зво ляето ц енить влияние о ткло нения параметро в элементовнах арактеристики мо делируемо й сх емы . Результ ат ы мо делиро вания (анализа) представляю тся в виде гр аф иков исследуемы х зависимо стей, ко торы е вы во дятся в о кне Analysis. Д ля изучения фраг ментов г рафико в мо ж но испо льзо вать функц ию элект р онной луп ы (Scale), по зво ляю щ ую увеличивать требуемы й фраг мент. Ф ункц ия элект р онного кур сор а (Cursor) по зво ляето пределять ко о рдинаты различны х точек г рафико в. Результаты мо делиро вания мо гутбы ть представлены в числовом виде (Numeric Output), вы ведены в таблиц ы и со х ранены в файле. Ч исло вы е результаты расчетареж има сх емы по по стоянно муто ку(Operating Point) мо г утнано ситься непо средственно насх ем у. В этой части по со бия рассмо трены приемы анализа перех о дны х про ц ессо в (Transient Analysis) и часто тны х х арактеристик (AC Analysis) в системе сх емо тех ническо г о мо делиро вания MicroCAP версий 5-7. 1. А НА ЛИЗ П Е РЕ Х ОДНЫ Х П РОЦ Е С С ОВ (Transient Analysis) А нализ п ер ех одны х п р оцессов (Transient Analysis) – это наблю дение сиг нало в как функц ий времени в заданны х то чках сх емы исследуемо г о устро йства. С иг налами мо г утбы ть ток, напряж ение, заряд и др. величины , а такж е различны е их прео бразо вания (спектры , про изво дны е, интег ралы и т.п.). 1.1. Нач ало анализа перехо дных про цес с о в П еред выпо лнением анализа реко мендуется включит ь от обр аж ение номер ов узлов на сх еме, вы по лнив ко м андуNode Numbers из по дменю View
4 меню Options, или щ елкнуть м ы шью по пиктог рамме (кно пке) в стро ке инструменто в. О тображ ение но меро в узло в о блег чаетссы лки на узлы при со ставлении задания намо делиро вание. Е сли в х о де анализа предпо лаг ается р асчет р еж имов сх емы п о п ост оянному т оку (Operating point), то для о то браж ения результатов расчета на сх еме следуетвы по лнить ко мандуNode Voltages / States изпо дменю View меню Options или щ елкнутьмы шью по пиктог рамме . Д ля нач ала анализа перех о дны х про ц ессо в вы по лняю тко мандуTransient Analysis изменю Analysis или наж имаю тклавиши Alt 1. П ри этом системапро веряетправильно сть со ставления сх емы . П ри наличии о шибо к вы во дится со о бщ ение. П ри о тсутствии о шибо к в сх еме про г рамма со ставляетто по ло г ическо е о писание сх емы , вы по лняетпо дг о то вкук расчетуперех о дны х про ц ессо в и о ткры ваето кно задания параметро вмо делиро вания Transient Analysis Limits. П ример о кна Transient Analysis Limits для версии 5 системы MicroCAP приведен на рис.1. В по следую щ их версиях 6 и 7 системы это о кно о стало сь практически безизменений.
Рис.1. Р ассм отр им основны е п р авила задания п ар ам етр ов м оделир ования в окне Transient Analysis Limits (р ис.1). 1.2. Задание диапазо но в изменения парамет ро в П ро изво дится впо лях ТimеRange, Maximum Time Step, Number of Points и Temperature вверх ней лево й части о кнанарис.1. Рассмо трим их назначение. Т imе Range – задаетко нечно е Ттах и начально е Tmin временарасчетаперех о дны х про ц ессо в, г де Ттах ≥ Tmin. Значения вво дятся череззапятую ввиде Ттах ,Tmin, причем сначала задается значениеТтах . Е сли значение Tmin не указы вать(как нарис.1), то о но по лаг ается равны м 0. Отр ицательны езначения м ом ентов вр ем енинедоп устим ы . М о менты времени реко мендуется указы вать в секундах с до бавлением суффиксо в, задаю щ их различны е степени десяти :
5 -15
-6
f - фемто (10 ) , u - микро (10 ) , meg - мег а(106) , p - пико (10-12) , m - милли (10-3) , g-г иг а (109) , -9 3 n - нано (10 ) , k - кило (10 ) , t - тера (1012) . П ри этом размерно сть (секунда) указы вать не о бязательно . Н апример, запись 1.2m, 0.4m задаетинтервал мо делиро вания о т0,4 до 1.2 миллисекунд, а запись 2m – о т0 до 2миллисекунд. П равилазаписи чисел всистеме MicroCAP по дро бно рассмо трены вп р илож енииD части1 данно г о по со бия. Maximum Time Step – задаетмаксимальны й временно й шагмеж дуто чками при расчете перех о дны х про ц ессо в. Расчетперех о дны х про ц ессо в ведется с вы бираемы м автоматически переменны м шаг о м, величина ко торо г о о пределяется до пустимо й о шибко й мо делиро вания, но не мо ж етпрево сх о дитьвеличины Maximum Time Step. Е сли шагMaximum Time Step не задан или задан нулевы м, то о н по лаг ается равны м (Tmaх -Tmin) / 50. З ам ечание 1. М аксимально до пустимая о тно сительная о шибка мо делиро вания задается с по мо щ ью переменно й RELTOL, а максимальная абсо лю тная о шибка – с по мо щ ью переменны х ABSTOL (при расчете тока), CHGTOL (при расчете заряда) и VNTOL (при расчете напряж ения). Э ти переменны е задаю тся во кне Global Settings (см. прило ж ение A). З ам ечание 2. П ри мо делиро вании смешанны х анало г о во -ц ифро вы х устро йств шаг и меж дувременны м и то чкам и ванало г о вы х и ц ифро вы х частях сх емы вы бираю тся независимо друго тдруг а. Ш агмо делиро вания ц ифро во й части о пределяется значениями задерж ек сиг нало в в ц ифро вы х ко мпо нентах . Е г о минимально е значение о пределяется параметро м DIGFREQ в о кне Global Settings (см. п р илож ениеА ) и равно 1/DIGFREQ. Number of Points – задаетко личество точек (значений функц ии), вы во димы х в таблиц у и в тексто вы й вы х о дно й файл. Ф айл принимаетимя сх емы и расширение .TNO. Е сли ко личество точек не задано (или задано равны м 0), то значение Number of Points принимается равны м 51. М инимально е значение Number of Points равно 6. Е сли требуем ы е для вы во да в таблиц умо менты времени не со впадаю тсо значениями, при ко торы х про во дился численны й расчет, то про изво дится интерпо ляц ия значений вы во димо й втаблиц уфункц ии. З ам ечание. В ы во д результато в мо делиро вания в таблиц у(Numeric Output) активизируется щ елчко м мы ши по пикто г раммам в о кне Transient Analysis Limits (см. п 1.3). Т аблиц апро сматривается вспец иально м о кне Numeric Output, ко торо е о ткры вается наж атием наклавишуF5. Temperature – задаеттемпературуили по следо вательно сть температурны х точек (вг радусах Ц ельсия), при ко торы х про во дится анализ. В версиях 5 системы MicroCAP температура задается в виде записи High, Low, Step, г де High –максимальная температура, Low – минимальная температура, а Step – шагизменения температуры . Е сли параметр Step о пущ ен, то анализ вы по лняется при двух значениях температуры - Low и High. Е сли указана только температураHigh, то расчетпро во дится при этой температуре. В по следую щ их версиях системы напро тив надписи Temperature (рис.1) имеется диало г о во е о кно , вко то ро м мо ж но вы братьо днуизо пц ий – Linear или List. Е сли вы брана о пц ия Linear, то задание температур про изво дится, как о писано вы ше. Е сли ж е вы брана о пц ия List, то задается по следо вательно сть температур, перечисляемы х череззапятую .
6 1.3. Задание мо делируемых перехо дных про цес с о в М о делируемы е перех о дны е про ц ессы (сиг налы ) о то браж аю тся в виде г рафико в в о кне Analysis , атакж е мо г утбы ть занесены в таблиц у, ко то рая при нео бх о димо сти со х раняется вфайле. Задание мо делируемы х перех о дны х про ц ессо в про изво дится в т аблице вы вода ниж ней части о кна Transient Analysis Limits (рис.1). Рассмо трим назначение по лей этой таблиц ы . Х Expression – задаетимя переменно й, о тклады ваемо й по о си Х . О бы чно при анализе перех о дны х про ц ессо в по о си X о тклады вается время Т . П ри расчете спектро всиг нало впо о си X о тклады вается частотаF. М о ж но испо льзо вать и друг ие переменны е. Y Expression – задаетвы раж ение для мо делируемо й х арактеристики (сиг нала), о тклады ваемо й по о си Y. Н апример, V(5) - по тенц иал вузле 5, V(1,2) - напряж ение меж дуузлами 1 и 2, V(R1) - напряж ение надвух по лю сно м ко мпо ненте R1 (резисто ре), Q(C1) - заряд ко нденсатораС 1 , I(1,2) - ток меж дуузлами 1 и 2, I(R1) - ток черездвух по лю сны й ко мпо нентR1 и др. С писо к стандартны х ко нстанти переменны х системы MicroCAP, а такж е правилаих записи рассмо трены вп р илож енииE к части1 данно г о по со бия. В по ле Y Expression до пустимы математические вы раж ения. Н апример, I(R1)*V(R1) - мо щ но сть, вы деляемая нарезисторе R1, LOG(V(2)/V(1)) – ло г арифм о тно шения напряж ений вузлах 2 и 1, SUM(V(3),T) – текущ ий интег рал о тнапряж ения вузле 3 и т.п. О сно вны е о ператоры и функц ии приведены в п р илож енииF части1 по со бия. Х Range – задаетмаксимально е High и минимально е Low значения переменно й Х при по стро ении г рафика. Значения вво дятся через запятую в виде High, Low, причем сначала задается значение High. Е сли значение Low не задано , то о но по лаг ается равны м нулю . Значения High и Low следуетвы биратьтак, чтобы вы по лнялись усло вия High ≤ Tmax, Low ≥ Tmin , г де параметры Tmax и Tmin указаны впо ле Time Range (п.1.2). Е сли в по ле Х Range ввести Auto, то диапазо н значений переменно й X со впадаетс интервало м мо делиро вания Ттах ,Tmin, заданны м впо ле Тimе Range. Y Range – задаетмаксимально е High и минимально е Low значения переменно й Y при по стро ении г рафика. Значения вво дятся через запятую в виде High, Low, причем сначала задается значение High. Е сли значение Low не задано , то о но по лаг ается равны м нулю . Е сли впо ле Y Range ввести Auto, то диапазо н значений переменно й Y вы бирается так, чтобы все результаты мо делиро вания умещ алисьнаг рафиках . З ам ечание. У стано вленны е в по лях X Range и Y Range значения High и Low принимаю тся во внимание, если в о кне Transient Analysis Limits вы клю чена 1) о пц ия Auto Scale Ranges. Е сли ж е о пц ия вклю чена, то значения High и Low иг но рирую тся, адиапазо н значений перем енны х X и Y автоматически вы бирается 1)
О пц ия вклю чается щ елчко м мы ши по пустом уквадрату(круж о чку) напро тив имени о пц ии. П ри этом в квадрате (круж о чке) по является г ало чка (то чка). Щ елчо к мы шью по квадрату(круж о чку) с г ало чко й (точко й) вы клю чаето пц ию . П ри этом г ало чка(то чка) исчезает.
7 так, чтобы все результаты мо делиро вания умещ алисьнаг рафиках . Fmt - фо рматпредставления чисел в таблиц ах , на г рафиках и др. Ч исла представляю тся в о дно м издвух фо рматов: в инж енерно й или в научно й но тац ии (см. п р илож ение D к части1). Д ля представления чисел в инж енер ной нотации испо льзуется запись типа L.R, г де L указы ваетчисло знако в слева о тдесятично й то чки, а R – справа о т нее. Н апример, запись 5.3 в по ле Fmt задаетпредставление чисел с по мо щ ью 5 знако вдо точки и 3 знако впо сле точки. Д ля представления чисел в научнойнотации испо льзуется запись RЕ, г де R указы ваетчисло знако в справа о тдесятично й то чки, а ко личество знако в слева о тнее равно 1. Н апример, запись ЗЕ или 3е задаетпредставление с плаваю щ ей десятично й точко й и с тремя знаками по сле нее. В по здних версиях системы столбец Fmt мо ж ет о тсутство вать. Ф о рмат представления чисел мо ж но изменитьв диало г о во м о кне Properties, ко торо е вы зы вается дво йны м щ елчко м мы ши впо ле г рафикаили клавишей F10. Р– задаетно мер г рафическо г о по ля (о т1 до 9) в пределах г рафическо г о о кна Analysis, на ко торо м стро ится задаваемая зависимо сть. В сег о на экране мо ж етразмещ аться до 9 г рафических по лей, причем в каж до м по ле мо ж етбы ть по стро ено неско лько кривы х . Если значение P не оп р еделено (п оле P п устое), то гр афик соответствую щ его п ер ех одного п р оцесса (сигнала) нестр оится. Пр и р абот е с т аблицей вы вода мо ж но испо льзо вать кноп ки команд, распо ло ж енны е вверх нем рядуо кнаTransient Analysis Limits (рис.1). Add - до бавление пустой стро ки в таблиц увы во да по сле стро ки, г де размещ ается курсо р. П ри наличии бо льшо г о ко личества стро к, не умещ аю щ их ся на экране, по является линейкапро крутки. Delete - удаление стро ки таблиц ы , вко то ро й нах о дится курсо р. Expand - о ткры тие до по лнительно го о кна для вво да текста бо льшо г о о бъ емапри распо ло ж ении курсо раво дно й изг раф таблиц ы . 1.4. Задание ф о рмы предс т авления результ ат о в мо делиро вания В ы по лняется с по мо щ ью кно по к (пиктог рамм), распо ло ж енны х слева о т таблиц ы вы во да (рис.1). К но пки вклю чаю тся или переклю чаю тся щ елчко м мы ши. К аж дая стро ка кно по к о пределяетфо рмупредставления г рафико в, заданны х в той ж е стро ке таблиц ы вы во да. Рассмо трим назначение этих кно по к. 1) К но пка
или
(Х Log/Linear Scale) - задание ло г арифмическо й
(кно пка имеетвид ) или линейно й (кно пка имеетвид , как на рис.1) шкалы г рафикапо о си X. И зменение видакно пки про изво дится щ елчко м мы ши по ее изо браж ению . П ри вы бо ре ло г арифмическо й шкалы значения переменно й X до лж ны бы тьстро г о по ло ж ительны м и. 2) К но пка
или
(Y Log/Linear Scale) - задание ло г арифмическо й
(кно пкаимеетвид ) или линейно й (кно пкаимеетвид , как нарис.1) шкалы г рафикапо о си Y . И зменение видакно пки про изво дится щ елчко м мы ши по ее изо браж ению . П ри вы бо ре ло г арифм ическо й шкалы значения переменно й Y до лж ны бы тьпо ло ж ительны м и.
8 3) К но пка (Color) - вы зо в меню для вы бо ра ц вета г рафика. П ри этом кно пкао крашивается ввы бранны й ц вет. 4) К но пка (Numeric Output) - в текстовы й файл зано сится таблиц а значений функц ии, заданно й в г рафе Y Expression. Ф айл имеетимя сх емы и расширение .Т NО . Т аблиц а значений про сматривается в о кне Numeric Output , о ткры ваемо м при наж атии клавиши F5. К о личество вы во димы х в таблиц узначений функц ии (число стро к таблиц ы ) задается впо ле Number of Points (см. п.1.2). 5) К но пка (User File) – со здание файла с именем сх емы и с расширением .USR, в ко торы й зано сятся значения функц ии, заданно й в г рафе Y Expression. В о тличие о ткно пки Numeric Output, здесь записы ваю тся все значения функции, по лученны е при расчетах . С о держ имо е файла .USR мо ж етслуж ить о писанием сиг налаисточникатипаUser Source. 6) К но пка (Monte Саrlо) - вы бо р функц ии, для ко торо й про изво дится статистический анализпо методуМ о нте-К арло . В по здних версиях системы кно пки
и
мо г уто тсутство вать.
1.5. Задание о пций управления мо делиро ванием О пц ии Run Options, State Variables, Operation Point, Operation Point Only и Auto Scale Ranges в о кне Transient Analysis Limits (рис.1) управляю твы по лнением мо делиро вания. Рассмо трим назначение этих о пц ий. Run Options - управление со х ранением результатовмо делиро вания. В по ле о пц ии Run Options мо ж но вы братьо дин изварианто в: - Normal - результаты мо делиро вания не со х раняю тся; - Save - со х ранение результатовмо делиро вания ввиде таблиц ы вфайле с именем сх емы и расширением .Т SА; - Retrieve - м о делиро вание не вы по лняется, результаты считы ваю тся из файла с именем сх емы и с расширением .Т SА, при этом про изво дится по стро ение г рафико ви вы во д таблиц результатовкак по сле о бы чно го расчета. П р иотладке сх ем ы ивы п олнениип р обны х р асчетов р еком ендуется устанавливать значение Normal оп цииRun Option, п р инятоеп о ум олчанию . State Variables - управление устано вко й начальны х усло вий мо делиро вания (начальны х значений переменны х со стояния). С о стояние электрическо й сх емы по лно стью о писы вается ее переменны ми со стояния: по тенц иалами анало г о вы х узло в, то ками через индуктивно сти и ло г ическими со стояниями ц ифро вы х узло в. П еред начало м мо делиро вания все значения переменны х со стояния до лж ны бы тьустано влены . В по ле State Variables следуетвы братьо дин изследую щ их вариантов. - Zero - устано вка нулевы х начальны х значений по тенц иало в анало г о вы х узло в и то ко в через индуктивно сти, а такж е нео пределенны х ло г ических со стояний (X) ц ифро вы х узло в. В ы х о дам Q и QB триг г еро в присваиваю тся со стояния "0", "1" или "X" в со о тветствии со значением параметра DIGINITSTATE во кне Global Settings (см . п р илож ение A). - Read - чтение начальны х значений изфайлас именем сх емы и расширением .Т О Р, со здаваемо г о с по мо щ ью редактора переменны х со стояния State Variables Editor (см. п.1.7).
9 - Leave – здесьво змо ж но неско лько вариантов. 1) Значения переменны х со стояния не редактиро вались с по мо щ ью редактора State Variables Editor (п.1.7). Т о г да при перво м мо делиро вании перех о дны х про ц ессо в для данно й сх емы начальны е значения переменны х со сто яния по лаг аю тся нулевы ми (как при устано вке Zero). П ри следую щ их расчетах в качестве начальны х вы бираю тся значения переменны х со стояния, по лученны е при о ко нчании преды дущ ег о расчета перех о дны х про ц ессо в. Е сли при преды дущ ем мо делиро вании рассчиты вался только реж им по по стоянно м у току (вклю ченао пц ия Operating Point Only), то вкачестве начальны х значений будут приняты результаты расчетаэтог о реж има. 2) Е сли переменны е со стояния редактиро вались перед мо делиро ванием с по мо щ ью редактора State Variables Editor, то устано вленны е там значения принимаю тся вкачестве начальны х усло вий . Начинающ им п ользователям р еком ендуется вы бир ать значение Zero оп ции State Variables, п р инятое п о ум олчанию. Operation Point - вклю чает1) расчетреж имапо по стоянно мутокуперед начало м каж до г о расчетаперех о дны х про ц ессо в. Д ля о тображ ения реж имапо по стоянно м утокуна сх еме следуетвы по лнить ко мандуNode Voltages / States из по дменю View меню Options или щ елкнутьмы шью по пиктог рамме . Е сли о пц ия Operation Point вклю чена, то результаты расчета реж има по по стоянно м утокузаменяю тзначения всех начальны х усло вий. В клю чение о пц ии Operation Point устраняетнаблю дение перех о дны х про ц ессо в в сх еме из-за вклю чения исто чнико в питания. Е сли эти про ц ессы нео бх о димо наблю датьили о ни влияю тнарабо тусх емы (например, при анализе г енераторо всиг нало в), то о пц ию Operation Point следуетвы клю чить. Operation Point Only - вклю чает1) расчеттолько реж има по по стоянно м у току. Расчетперех о дны х про ц ессо впри этом не про изво дится. Auto Scale Ranges - автоматическо е масштабиро вание г рафико в по о сям X и Y. Е сли оп ция включена, то значения, указанны е впо лях Х Range и Y Range таблиц ы вы во да результато в м о делиро вания, иг но рирую тся. П ри этом масштаб по о сям X и Y автоматически вы бирается так, чтобы все результаты м о делиро вания по лно стью умещ ались на г рафиках . Е сли оп ция вы ключена, то значения Х Range и Y Range принимаю тся во внимание при по стро ении г рафико в. Во избеж ание ош ибок в вы бор е диап азона значенийп о осям X и Y гр афиков р еком ендуется п р и п ер вом р асчете п ер ех одны х п р оцессов устанавливать включеннойоп цию Auto Scale Ranges. 1.6. П ро верк а гло бальных парамет ро в мо делиро вания П ер ед п ер вы м вы п олнением м оделир ования ж елательно про верить г ло бальны е устано вки параметро в мо делиро вания в о кне Global Settings. Э ти параметры о пределяю тметоды и точно стьм о делиро вания, фо рматвы во дарезультатов, параметры мо делей ко мпо нентов и др. параметры , устанавливаемы е по ум о лчанию . О кно вы зы вается по ко манде Global Settings меню Options (наж атием клавиш Ctrl Shift G или щ елчко м по пиктог рамме ). С писо к г ло бальны х параметро в о кна Global Settings с указанием их значений по умо лчанию приведен вп р илож енииA.
10 П ри про ведении анализа перех о дны х про ц ессо в следуето братить о со бо е внимание на значения параметро в RELTOL, ABSTOL, CHGTOL и VNTOL, о пределяю щ их о тно сительную и абсо лю тную по г решно сти вы числений, а такж е на значения ITL4 и ITL5 о г раничиваю щ ие время вы числений перех о дны х про ц ессо в. Н е следуетустанавливать требуемы е по г решно сти вы числений RELTOL, ABSTOL, CHGTOL и VNTOL чрезмерно малы ми, так как это замедляет вы числения и мо ж етпривести к нарушению сх о димо сти при расчетах . К ро ме тог о , требо вание малы х по г решно стей вы числений при анализе сильно точны х и вы со ко во льтны х ц епей мо ж етпривести к по тере то чно сти расчето в из-за о г раниченно й разрядно сти Э В М . П ри о тсутствии сх о димо сти расчета перех о дны х про ц ессо вмо ж но реко мендо ватьувеличитьзначение параметраITL4. Начинающ ем у п ользователю не р еком ендуется м енять глобальн ы е п ар ам етр ы окна Global Settings, оставив их установленны м ип о ум олчанию . 1.7. Задание и редак т иро вание нач альных знач ений переменных с о с т о яния И сп ользуется в случаях , когда необх одим о установить сп ециальны е начальны еусловия п р им оделир ованиисх ем . С о стояние сх емы по лно стью о писы вается ее переменны ми со стояния : по тенц иалами анало г о вы х узло в, токами через индуктивно сти и ло г ическими со стояниями ц ифро вы х узло в. П еред начало м мо делиро вания все значения переменны х со стояния до лж ны бы тьустано влены . К ак о тмечало сь в п.1.5, о пц ия State Variables о пределяетпо рядо к автом атической установки начальны х значений переменны х со стояния при расчете перех о дны х про ц ессо в. К ро ме тог о , в системе MicroCAP имеется во змо ж но сть вво да и устано вки п р оизвольны х начальны х условий с по мо щ ью редактора переменны х со стояния State Variables Editor. У стано вленны е с по мо щ ью редактораначальны е усло вия принимаю тся во внимание, если вы брано значение Leave о пц ии State Variables во кне Transient Analysis Limits (рис.1). Е сли вклю чена о пц ия Operation Point в о кне Transient Analysis Limits, то про изво дится расчетреж има по по стоянно м утоку, испо льзуя заданны е с по мо щ ью редактораначальны е усло вия. Затем начальны е усло вия заменяю тся результатами этог о расчета и далее рассчиты ваю тся перех о дны е про ц ессы с но вы ми начальны ми усло виями. Е сли ж е о пц ия Operation Point вы клю чена, то перех о дны е про ц ессы рассчиты ваю тся с заданны ми с по мо щ ью редактора начальны ми усло виями. И зменения переменны х со стояния вх о де мо делиро вания о тображ аю тся в о кне редактораState Variables Editor. Рассмо трим правиларабо ты с редак т о ро м State Variables Editor. Запуск редактора о сущ ествляется щ елчко м мы ши по пиктог рамме , клавишей F12 или по ко манде State Variables Editor изменю Transient. П ри запуске о ткры вается о кно State Variables Editor (рис.2). Здесь о тображ аю тся узло вы е по тенц иалы (Node Voltages), токи черезкатушки индуктивно сти (Inductor Currents) и ло г ические со стояния ц ифро вы х узло в (Node Levels). У зло вы е по тенц иалы по мечаю тся именами или но мерами узло в, токи через индуктивно сти о тмечаю тся по зиц ио нны ми о бо значениями индуктивно стей, ало г ические со стояния ц ифро вы х узло в- именами или но мерами узло в.
11 В се значения переменны х со стояния в о кне State Variables Editor мо гутредактиро ваться перед начало м мо делиро вания. Редактиро вание завершается щ елчко м по кно пке Close, закры ваю щ ем о кно . О тметим, что значения переменны х со стояния изменяю тся впро ц ессе мо делиро вания.
Рис.2. В ниж ней части о кнараспо ло ж ены кно пки ко манд: Clear - присво ение нулевы х значений всем анало г о вы м переменны м со стояния и нео пределенны х значений – ц ифро вы м переменны м; Read - чтение переменны х со стояния из файла с именем сх емы и расширением .T0Р (со здается по ко манде Write); Write - записьустано вленны х во кне значений переменны х со стояний в файл с именем сх емы и расширением .Т О Р; Print - запись переменны х со стояний в текстовы й файл с именем сх емы и с расширением .SVV, со держ ание ко торо г о вы во дится втексто во е о кно ; Help - вы зо всистемы по мо щ и. 1.8. В ыпо лнение и заверш ение мо делиро вания П о сле устано вки всех параметро в в о кне Transient Analysis Limits (рис.1) мо ж но начинать мо делиро вание перех о дны х про ц ессо в в сх еме. Р ассм отр им основны е этап ы м оделир ования. 1) Зап уск моделир ования вы по лняется о дним из следую щ их спо со бо в: щ елчко м мы ши по кно пке Run в о кне Transient Analysis Limits , щ елчко м по пиктог рамме в стро ке инструменто в, клавишей F2 или ко мандо й Run из меню Transient. С начало м мо делиро вания о кно Transient Analysis Limits закры вается и о ткры вается о кно результатов мо делиро вания Transient Analysis (Analysis) с г рафиками мо делируемы х зависимо стей . 2) О ст ановка моделир ования. М о делиро вание мо ж етбы ть о стано влено в лю бо й мо ментщ елчко м мы ши по пикто г рамме или наж атием клавиши Esc. П о лученны е до этого результаты мо делиро вания о траж аю тся на г рафиках . П ри следую щ ем запуске мо делиро вание вы по лняется сначала.
12 П о следо вательны е щ елчки по пикто г рамме п р ер ы вают и зат ем п р одолж ают мо делиро вание с точки, г де про изо шло преры вание. 3) Изменение задания на моделир ование. В о звратв о кно Transient Analysis Limits (рис.1) для изменения параметро в задания на мо делиро вание о сущ ествляется по ко манде Limits изменю Transient (наж атием клавиши F9 или щ елчко м мы ши по пиктог рамме ). И зменив параметры в этом о кне, мо ж но сно ва начатьмо делиро вание, как о писано вы ше. 4) Возвр ат в окно р езульт ат ов моделир ования Transient Analysis без п р оведения новы х р асчет ов о сущ ествляется по ко манде Analysis Plot из меню Transient (наж атием клавиши F4 или щ елчко м по пиктог рамме ). 5) Пр осмот р числовы х р езульт ат ов моделир ования в виде таблиц ы про во дится по ко манде Numeric output из меню Transient (наж атием клавиши F5 или щ елчко м по пикто г рамме в стро ке инструментов). О тображ аю тся только результаты мо делиро вания, вы во димы е в табличны й файл при вклю ченны х кно пках (Numeric Output) слевао ттаблиц ы вы во даво кне Transient Analysis Limits (см. п.1.4). 6) Завер ш ение анализа п ер ех одны х п р оцессов вы по лняется по ко манде Exit Analysis из меню Transient или наж атием клавиши F3. О кно результато в мо делиро вания закры вается и про исх о дитво звратво кно редакторасх ем. 7) Завер ш ение р абот ы с сист емой MicroCAP про изво дится по ко манде Exit изменю File или клавишами Alt F4. 2. А НА ЛИЗ Ч А С Т ОТ НЫ Х Х А РА К Т Е РИС Т ИК (AC Analysis) А нализ частотны х х ар актер истик (AC Analysis) – это наблю дение зависимо сти параметро впеременны х сиг нало в (амплитуд, фази др.) вразличны х точках сх емы о тчасто ты переменно г о вх о дно г о сиг нала. Здесь мо ж но наблю дать амплитудно -часто тны е (АЧ Х ) и фазо частотны е (Ф Ч Х ) х арактеристики исследуемо г о устро йства. 2.1. Нач ало анализа ч ас т о т ных харак т ерис т ик П еред выпо лнением анализа реко мендуется включит ь от обр аж ение номер ов узлов на сх еме, вы по лнив ко м андуNode Numbers из по дменю View меню Options, или щ елкнуть м ы шью по пиктог рамме (кно пке) в стро ке инструменто в. О тображ ение но меро в узло в о блег чаетссы лки на узлы при со ставлении задания намо делиро вание. П еред начало м анализа ко вх о дусх емы долж ен бы т ь п одключен х от я бы один ист очник п ер еменного сигнала. Ч астотны е х арактеристики сх емы вы числяю тся в зависимо сти о тчасто ты это г о источника. В качестве тако г о источника мо г утиспо льзо ваться источники из по дменю Waveform Sources раздела Analog Primitives меню Component: Sine Source – исто чник синусо идально г о сиг нала, Pulse Source – источник импульсно г о сиг нала, User – источник сиг нала, фо рмако торо го задается по льзо вателем, V – независимы й источник напряж ения, I – независимы й исто чник тока. О писания неко то ры х анало г о вы х источнико врассмо трены вп р илож енииB.
13 П ри расчете частотны х х арактеристик амплитуда сиг нала источника (кро ме источнико в V и I) равна 1 В о льт, начальная фаза равна нулю (независимо о т значений параметро в мо дели сиг нала), а часто та сиг нала меняется в пределах , задаваемы х в по ле Frequency Range о кна AC Analysis Limits. Д ля источнико в напряж ения V и то каI амплитудаи начальная фазазадаю тся при о писании мо дели источника. Вним ание! Если им еется несколько источников п ер ем енного сигнала, то частотны е х ар актер истики вы числяю тся п р и одновр ем енном изм енении частот сигналов этих источников. Д ля начала анализа част от ны х х ар акт ер ист ик вы по лняю тко мандуAC Analysis изменю Analysis или наж имаю тклавишуAlt 2. П ри этом системапро веряетправильно сть со ставления сх емы . Е сли о тсутствую то шибки в сх еме, то со ставляется ее топо ло г ическо е о писание, вы по лняется по дг о товка к численно му решению системы линейны х алгебраических уравнении и о ткры вается о кно задания параметро вмо делиро вания AC Analysis Limits. П ример о кна AC Analysis Limits для версии 5 системы MicroCAP приведен на рис.3. В по следую щ их версиях элементы этог о о кна о стались практически неизменны ми.
Рис.3. Р ассм отр им основны еп р авила задания п ар ам етр ов м оделир ования в окне AC Analysis Limits (р ис.3). 2.2. Задание диапазо но в изменения парамеро в П ро изво дится в по лях Frequency Range, Number of Points, Temperature, Maximum Change,%, Noise Input, Noise Output в верх ней лево й части о кна (рис.3). Рассмо трим назначение этих по лей. Frequency Range — задаетко нечную Fтах и начальную Fmin частотурасчетачастотны х х арактеристик, г де Fтах ≥ Fmin. Значения вво дятся череззапятую в виде Fтах ,Fmin, причем сначала задается значение Fтах . О триц ательны е значения частоты не до пускаю тся. Е сли значение Fmin не указано , то мо делиро вание не про изво дится. Ч астотуреко мендуется задавать в г ерц ах с испо льзо ванием суффиксо в, о пределяю щ их различны е степени 10: k – “ кило ”, meg – “ мег а”, g – “ г иг а” и т.п.
14 П ри этом размерно сть (Г ерц ) указы вать не о бязательно . Н апример, на рис.3 задается частотны й интервал о т1 до 100 мег аг ерц . П равила записи чисел рассмо трены вп р илож енииD части1 данно г о по со бия. Number of Points – задаетко личество то чек (значений) частоты , для ко торы х про изво дится расчетчастотны х х арактеристик. М инимально е значение параметраNumber of Points равно 5. В еличинаNumber of Points (Nf) принимается во внимание, если устано влено значение Fixed Linear (Linear) или Fixed Log (Log) параметра Frequency Step (рис.3). Е сли устано влено значение Fixed Linear(Linear), то вы бирается линейны й шагприращ ения частоты , равны й (Fтах -Fmin) / (Nf-1). Е сли устано влено значение Fixed Log (Log), то вы бирается ло г арифмический шагприращ ения частоты , причем о тно шение частотсо седних то чек равно (Fтах /Fmin) 1/ (N f -1). Е сли устано влено значение Auto о пц ии Frequency Step (как на рис.3), то величина Nf иг но рируется. В этом случае шагмеж дуточками по частоте о пределяется величино й Maximum Change. З ам ечание. В о тличие о тслучая анализа перех о дны х про ц ессо в, величина Number of Points о пределяетне только ко личество значений (точек) функц ии, вы во димы х в табличны й файл, но и о бщ ее ко личество рассчиты ваемы х значений функц ии, вы во димы х наг рафики. Temperature – задаетдиапазо н изменения температуры (см. п.1.2). Maximum Change,% - задаетмаксимально до пустимо е приращ ение г рафика перво й функц ии меж ду со седними то чками (в про ц ентах ). П ринимается во внимание только при устано вке значения Auto о пц ии Frequency Step. Е сли г рафик функц ии изменяется бы стрее, чем задано с по мо щ ью параметра Maximum Change, то шагприращ ения частоты автоматически уменьшается. Noise Input – задаетимя источникасиг нала, по дклю ченно г о ко вх о дусх емы при расчете шумо в анализируемо г о устро йства. И мя источника о пределяет вх о д, к ко то ро мупересчиты ваю тся шумы при анализе спектрально й пло тно сти шумо в с по мо щ ью переменно й INOISE. Е сли в качестве источника сиг налавы бирается источник напряж ения, то навх о д пересчиты вается спектральная пло тно сть шумо в напряж ения, а если исто чник то ка, то рассчиты вается спектральная пло тно стьшумо вто ка. Noise Output – задаетно мера вы х о дны х узло в ц епи, в ко то ры х вы числяется спектральная пло тно сть напряж ения шума при расчете шумо в сх емы . Ф о рмат записи имеетвид: У зел1, У зел2. Е сли У зел2 не указан, то вы числяется спектральная пло тно стьв узле У зел2 о тно сительно о бщ ег о про во да(земли). Е сли расчетшумо в не про изво дится, то со держ ание по лей Noise Input и Noise Output мо ж но о ставитьтакими, как предлаг ается системо й по умо лчанию . 2.3. Задание мо делируемых ч ас т о т ных харак т ерис т ик и ф о рмы предс т авления результ ат о в мо делиро вания 2.3.1. Задание мо делируемых харак т ерис т ик Результаты мо делиро вания часто тны х х арактеристик о траж аю тся в виде г рафико в в о кне Analysis , а такж е мо г утбы ть занесены в таблиц у, ко торая при нео бх о димо сти со х раняется вфайле. Задание рассчиты ваемы х зависимо стей про изво дится в т аблице вы вода ниж ней части о кна А С Analysis Limits (рис.3). Э та таблиц а аналогична таблиц е вы во да в о кне Transient Analysis Limits (рис.1, п.1.3). П о этом уо г раничимся рас-
15 смо трением о со бенно стей вво да значений в по ля X Expression и Y Expression этой таблиц ы . Х Expression – задаетимя переменно й, о тклады ваемо й по о си X. О бы чно при расчете часто тны х х арактеристик по о си X о тклады вается часто та F. П ри расчете импульсно й х арактеристики с по мо щ ью о братно г о прео бразо вания Ф урье по о си X о тклады вается вpемя Т . В о змо ж ны и друг ие переменны е. Y Expression – задаетвы раж ение для х арактеристики, о тклады ваемо й по о си Y, например, V(1) – мо дуль(амплитуда) напряж ения вузле 1, Re(v(1)) – действительная частьнапряж ения вузле 1, Im(v(1)) – мнимая частьнапряж ения вузле 1, ph(v(1)) – фазанапряж ения вузле 1 (вг радусах ), db(v(1)) – мо дульнапряж ения вузле 1 (вдец ибелах ), INOISE и ONOISE – ко реньквадратны й изспектрально й пло тно сти напряж ения шума, приведенно г о ко вх о дуи вы х о ду, М о ж но рассматривать ток I и друг ие величины , а такж е различны е алг ебраические вы раж ения (см. п р илож ения E,F части1 по со бия). З ам ечание. В о тличие о танализа перех о дны х про ц ессо в, здесь по д напряж ением V и токо м I по нимаю тся не их зависимо сть о твремени, а ком п лексная величина (ам п литуда). Для п ост р оения амп лит укно-част от ной(А Ч Х) и ф азочаст от нойх ар акт ер ист ик (Ф Ч Х) следуетвпо ле Х Expression указатьчастотуF, авпо ле Y Expression ввести : V(N) или I(N) – для по стро ения АЧ Х по напряж ению или току, db(V(N)) или db(I(N)) – для по стро ения АЧ Х вдец ибелах , ph(V(N)) или ph(I(N)) – для по стро ения Ф Ч Х вг радусах . ЗдесьN – но мер или имя вы х о дно г о узласх емы . В х о до м сх емы считаю тся узлы , к ко торы м по дклю чен исто чник переменно г о сиг нала, как о писано вп.2.1. О тметим, что величинаY вдец ибелах о пределяется как 20 lg Y. 2.3.2. Задание ф о рмы предс т авления результ ат о в мо делиро вания О сущ ествляется с по мо щ ью кно по к, распо ло ж енны х слева о ттаблиц ы вы во да. Н азначения кно по к рассмо трены в п.1.4. Т аблиц ы результатов мо делиро вания при наж атой кно пке (Numeric Output) со х раняю тся в фай ле с р асш ир ением .А NО. Н ачиная с версии 7, слева о ттаблиц ы вы во да по является ещ е о дна кно пка, ко торая принимаето дно изследую щ их изо браж ений : (Rectangular) – вы во д г рафика мо делируемо й х арактеристики в прямо уг о льно й (декарто во й) системе ко о рдинат, (Polar) - вы во д г рафикавуг ло во й (по лярно й ) системе ко о рдинат, (Smith chart plot) – вы во д г рафиканакруг о во й диаг рамме С мита. 2.4. Задание о пций управления мо делиро ванием О пц ии в о кне А С Analysis Limits управляю тпро ц ессо м вы по лнения мо делиро вания. Рассмо трим назначение этих о пц ий. Run Options - управление со х ранением результато в мо делиро вания. В по ле о пц ии следуетвы братьо дин изварианто в: - Normal - результаты мо делиро вания не со х раняю тся;
16 - Save - со х ранение результатовввиде таблиц ы вфайле с именем сх емы и расширением .АSА; - Retrieve – мо делиро вание не про изво дится, результаты считы ваю тся из файлас именем сх емы и расширением .АSА, при этом про изво дится по стро ение г рафико ви вы во д результатоввтаблиц укак по сле о бы чно г о расчета. П р иотладке сх ем ивы п олнениип р обны х р асчетов р еком ендуется устанавливать значение Normal оп цииRun Option, п р инятоеп о ум олчанию . Frequency Step – вы бо р шаг а изменения частоты . С ледуетвы брать о дин из варианто в: - Auto - автоматический вы бо р шаг а на о сно ве ко нтро ля приращ ения функц ии перво г о г рафикас учетом значения Maximum Change (п.2.2); - Fixed Linear (Linear) - расчетс по стоянны м линей ны м шаг о м, ко то ры й вы бирается всо о тветствии со значением Number Of Points (п.2.2); - Fixed Log (Log) - расчетс по стоянны м шаг о м на ло г арифмическо й шкале, ко торы й вы бирается по значению Number Of Points (п.2.2); О ст альны е оп ции (Auto Scale Ranges , State Variables, Operating Point и др .) р ассмот р ены в п.1.5. Замечание. П ри вклю чении о пц ии Auto Scale Ranges и вы бо ре значения Auto о пц ии Frequency Step г рафики стро ятся г рубо , с о чень бо льшим шаг о м. П о этом у р еком ендуется устанавливать значения Fixed Linear или Fixed Log оп ции Frequency Step, вы бир ая ш аг п о частоте с п ом ощ ью п ар ам етр а Number of Points (п .2.2). 2.5. В ыпо лнение и заверш ение мо делиро вания П о сле устано вки всех параметро в в о кне AC Analysis Limits (рис.3) мо ж но начинатьмо делиро вание. Рассм отр им основны еэтап ы м оделир ования. 1) Зап уск моделир ования сх емы . Д ля этог о мо ж но вы по лнить о дно изследую щ их действий : щ елкнуть мы шью по кно пке Run о кне AC Analysis Limits , щ елкнуть по пиктог рамме в стро ке инструменто в, наж ать клавишуF2 или вы по лнитько мандуRun изменю АС . С начало м мо делиро вания о кно AC Analysis Limits (Limits) закры вается и о ткры вается о кно результатов мо делиро вания AC Analysis (Analysis) с г рафиками мо делируемы х зависимо стей. 2) О ст ановка моделир ования. М о делиро вание мо ж етбы ть о стано влено в лю бо й мо ментщ елчко м мы ши по пикто г рамме или наж атием клавиши Esc. П о лученны е до этого результаты мо делиро вания о траж аю тся на г рафиках . П ри следую щ ем запуске мо делиро вание про во дится сначала. П о следо вательны е щ елчки по пикто г рамме п р ер ы вают и зат ем п р одолж ают мо делиро вание с точки, г де про изо шло преры вание. 3) Изменение задания на моделир ование. В о звратв о кно AC Analysis Limits (рис.3) для изменения параметро в задания на мо делиро вание о сущ ествляется по ко манде Limits из меню AC (наж атием клавиши F9 или щ елчко м мы ши по пиктог рамме ). И зменив параметры в этом о кне, мо ж но сно ва начать мо делиро вание, как о писано вы ше. 4) Возвр ат в окно р езульт ат ов моделир ования AC Analysis без п р оведения новы х р асчет ов о сущ ествляется по ко манде Analysis Plot изменю AC (на-
17 ж атием клавиши F4 или щ елчко м по пиктог рамме ). 5) Пр осмот р числовы х р езульт ат ов моделир ования в виде таблиц ы про во дится по ко манде Numeric output из меню AC (наж атием клавиши F5 или щ елчко м мы ши по пиктог рамме в стро ке инструменто в). О тображ аю тся только результаты мо делиро вания, вы во димы е в табличны й файл при вклю ченны х кно пках (Numeric Output) слевао ттаблиц ы вы во даво кне AC Analysis Limits (рис.3). 6) Завер ш ение анализа част от ны х х ар акт ер ист ик о сущ ествляется по ко манде Exit Analysis изменю AC или наж атием клавиши F3. О кно результатов мо делиро вания закры вается и про исх о дитво звратво кно сх ем. 7) Завер ш ение р абот ы с сист емой MicroCAP про изво дится по ко манде Exit изменю File или клавишами Alt F4. 3. С П Е К Т РА ЛЬ НЫ Й А НА ЛИЗ (DSP) 3.1. Задание парамет ро в прямо го прео бразо вания Ф урье при про ведении анализа перехо дных про цес с о в П ри про ведении анализаперех о дны х про ц ессо в(Transient Analysis) мо ж но рассчиты ватьспектры временны х сиг нало ввразличны х точках сх емы . Д ля расчетаспектро ввсистеме MicroCAP имею тся следую щ ие функц ии: HARM(u) – расчётг армо нических со ставляю щ их сиг налаu(t), FFT(u) – прямо е прео бразо вание Ф урье о тсчёто всиг налаu(t). Ф ункц ия FFT о тличается о тфункц ии HARM мно ж ителем 2 для перво й г армо ники. С писо к функц ий спектрально г о анализаприведен вприло ж ении D. Для р асчет а сп ект р а сиг нала в неко торо й то чке сх емы следуетв по ле X Expressions о кнаTransient Analysis Limits (рис.1) ввести F, авпо ле Y Expressions ввести нео бх о димую функц ию спектрально г о анализа. Н апример, MAG(HARM(v(4))) – мо дульспектранапряж ения в узле 4, PHASE(FFT(v(Out)) – фазаспектранапряж ения вузле Out. Затем задаю тся п ар амет р ы сп ект р ального анализа в окне DSP (DSP Control Parameters), по казанно м на рис.4а. О кно DSP о ткры вается при вы по лнении ко манды DSP изменю ко манд Transient.
Рис.4а. Рис.4б. В о кне DSP задаю тся следую щ ие параметры (см. рис.4а). Upper Time Limit – начало временно г о интервала, на ко торо м про изво дится расчетспектра, Lower Time Limit - ко нец этог о временно г о интервала. И нтервал времени, о пределяемы й с по мо щ ью этих параметро в, не до лж ен
18 вы х о дить за пределы интервала мо делиро вания Tmin,Tmax, задаваемо г о в по ле Тimе Range о кнаTransient Analysis Limits (рис.1). П араметры Upper Time Limit и Lower Time Limit нео бх о димы для тог о , чтобы исклю чить израссмо трения все нестац ио нарны е перех о дны е про ц ессы и вы делить для расчета спектра стац ио нарны й участок анализируем о г о сиг нала. П ри расчете спектро в перио дических про ц ессо в с по мо щ ью параметро в Upper Time Limit и Lower Time Limit вы деляю тинтервал, равны й перио дусиг нала. Number of Points – ко личество значений (точек) сиг нала, испо льзуемы х при расчетах спектра. К о личество точек до лж но бы ть равно степени числа 2 в интервале о т64 до 8192. Э то о бъ ясняется испо льзо ванием про ц едуры бы стро г о прео бразо вания Ф урье. В еличина Number of Points о пределяетко личество рассчиты ваемы х г армо ник вспектре сиг нала. З ам ечание. В MicroCAP вы числяю тся то лько основны е гар м оники сиг нала на частотах mf0 , m = 1,2,..,N , г де f0 = 1/ (Upper Time Limit - Lower Time Limit) – о сно вная (первая) г армо ника, N = (Number of Points) / 2 – ко личество рассчиты ваемы х г армо ник. П араметры о кна DSP учиты ваю тся, если в по ле Status о кна DSP вклю чить1) о пц ию On. Е сли вклю ченао пц ия Off, то значения параметро виг но рирую тся. 3.2. Задание парамет ро в о брат но го прео бразо вания Ф урье при про ведении анализа ч ас т о т ных харак т ерис т ик П ри про ведении анализа частотны х х арактеристик (AC Analysis) мо ж но рассчиты вать о братны е прео бразо вания Ф урье о т часто тны х х арактеристик (например, при расчете перех о дны х х арактеристик ц епей по их часто тны м х арактеристикам). Д ля расчета о братно г о прео бразо вания Ф урье о т спектра S применяется функц ия IFT(S). С писо к функц ий спектрально г о анализаприведен вприло ж ении D. Для р асчет а обр ат ного п р еобр азования сп ект р а сиг наласледуетвпо ле X Expressions о кна А С Analysis Limits указать T, а в по ле Y Expressions ввести нео бх о димую функц ию спектрально г о анализа. Н апример, RE(IFT(v(4))) – действительная частьо братно г о прео бразо вания спектра напряж ения вузле 4, RE(IFT(I(L1))) – действительная частьо братно г о прео бразо вания спектратокачерезиндуктивно стьL1. Затем задаю тся п ар амет р ы сп ект р ального анализа в окне DSP (DSP Control Parameters), по казанно м нарис.4б. Д ля о ткры тия о кнаDSP следуетвы по лнитько мандуDSP изменю ко манд АС . В о кне DSP задаю тся следую щ ие параметры . Upper Frequency – начало частотно г о интервала, для ко торо г о про изво дится расчето братно го прео бразо вания Ф урье, Lower Frequency - ко нец этог о частотно г о интервала. Number of Points – ко личество значений (то чек) часто тно й функц ии, испо льзуемы х при расчетах о братно г о прео бразо вания Ф урье. К о личество точек до лж но бы ть точно равно степени числа 2 в интервале о т64 до 8192. Э то о бъ ясняется испо льзо ванием про ц едуры бы стро г о прео бразо вания Ф урье. Э ти параметры учиты ваю тся, если впо ле Status о кнаDSP вклю чить1) о пц ию On. Е сли вклю ченао пц ия Off, то значения параметро виг но рирую тся.
19 4. М НОГ ОВ А РИА НТ НЫ Й А НА ЛИЗ (Stepping) Реж им мно г о вариантно г о анализа по зво ляетпро во дить анализ перех о дны х про ц ессо в (Transient Analysis) и частотны х х арактеристик (AC Analysis) при вариац иях параметро в ко мпо нентов сх ем ы . И спо льзо вание реж има Stepping по зво ляето ц енитьвлияние параметро вко мпо нентовнах арактеристики сх емы . В арьируемы е при анализе параметры ко мпо нентов задаю тся в о кне Stepping, ко торо е о ткры вается изо кна задания параметро в мо делиро вания Limits (рис.1,3) щ елчко м мы ши по кно пке Stepping. О кно Stepping такж е мо ж ет бы ть о ткры то наж атием на клавишу F11, щ елчко м мы ши по пиктог рамме , атакж е с по мо щ ью ко манды Stepping изменю Transient (при анализе перех о дны х про ц ессо в) или из меню AC (при анализе частотны х х арактеристик. В ид о кна Stepping для версии 5 системы MicroCAP приведен на рис.5. В по следую щ их версиях 6 и 7 элементы о кна претерпели небо льшие изменения, ко торы е о бсуж даю тся о тдельно . Рис.5 Рассмо трим назначение п олейокна Stepping. Поле Step What со держ итдве стро ки. В перво й стро ке указы вается по зиц ио нно е о бо значение варьируем о г о ко м по нента на сх еме либо имя мо дели ко мпо нента. В о второ й стро ке указы вается имя варьируемо г о параметрако мпо нента. К о нкретно е со держ ание этих стро к зависито тустано вленно г о значения оп ции Type (в по следую щ их версиях – Parameter Type) (рис.5), задаю щ ей тип ко мпо нента. 1) Е сли с по мо щ ью о пц ии Type вы бран т ип Component, то в перво й стро ке следуетуказать по зиц ио нно е о бо значение ко мпо нента на сх еме, вы брав ег о из предлаг аемо г о спискаили вво дя с клавиатуры . В о второ й стро ке следуетввести имя варьируемо г о параметра(атрибута) ко мпо нентаили вы братьег о изпредлаг аемо г о списка. Е сли вы бран про стой ко мпо нент, имею щ ий единственны й параметр (например, резистор, ко нденсатор, индуктивно стьи т.п.), то во второ й стро ке по явится стандартно е имя атрибута Value, о бо значаю щ ее но минально е значение ко мпо нента (со про тивление для резистора, емко сть для ко нденсатора и т.п.). Е сли вы бран сло ж ны й ко мпо нент, имею щ ий мо дель или макро мо дель (о писы ваемы е по директивам .MODEL или .SUBCKT), то во второ й стро ке вы бирается имя параметраэтой мо дели. З ам ечание. Е сли в о кне Global Settings (см. прило ж ение A) вклю чены о пц ии PRIVATEANALOG и PRIVATEDIGITAL, то варьиро ваться будутто лько параметры индивидуально вы бранно г о ко м по нента. П араметры друг их ко м по нентов, имею щ их те ж е мо дели, варьиро ваться не будут. П ри вы клю чении этих о пц ий меняться будутпараметры всех ко м по ненто в, имею щ их туж е мо дель.
20 2) Е сли с по мо щ ью о пц ии Type устано влен т ип Model, то в перво й стро ке следуетвы брать или ввести имя мо дели ко мпо нента, во второ й стро ке - имя варьируемо г о параметравы бранно й мо дели. П ри этом будутменяться параметры всех ко мпо нентов, имею щ их указанную мо дель. 3) Н ачиная с версии 7, в системе MicroCAP введен т ип Symbolic. Т о г да значение параметрао пределяется с по мо щ ью директивы .define. From - задаетначально е значение варьируемо г о параметра. П ри вы бо ре ло г арифмическо й шкалы (устано влено значение Log о пц ии Method) начально е значение до лж но бы тьбо льше нуля. Т о – задаетко нечно е значение варьируемо г о параметра. П ри вы бо ре ло г арифмическо й шкалы о но до лж но бы тьбо льше нуля. Step Value – задаетвеличинушаг аизменения параметра. П ри линейно м шаг е (вы брано значение Linear о пц ии Method) шагприбавляется к значению варьируемо г о параметра. П ри ло г арифмическо м шаг е (вы брано значение Log о пц ии Method) шагумно ж ается назначение параметра. Рассмо трим назначение оп цийокна Stepping. Status (впо следую щ их версиях - Step It) - вклю чение и вы клю чение реж има Stepping. Е сли устано влено значение О n (или Yes), то вариац ия параметро в про изво дится (при следую щ их сеансах мо делиро вания). Е сли устано влено значение Off (или No), то вариац ия не про изво дится и все устано вленны е в о кне Stepping параметры иг но рирую тся. Method – задаеттип шаг аизменения параметра. 1) Е сли вы брано значение Linear, то испо льзуется линей ны й шаг . Т ог да значение StepValue прибавляется к значению варьируемо г о параметра. 2) Е сли вы брано значение Log, то испо льзуется ло г арифмический шагизменения параметра. То г да значение StepValue умно ж ается на значение варьируемо г о параметра. 3) Н ачиная с версии 7, в системе MicroCAP введено значение List. Е сли вы брано это значение, то задается по следо вательно сть значений варьируемо г о параметра, вво димы х череззапятую . Type (в по следую щ их версиях Parameter Type) – задаеттип варьируемо го ко мпо нента : Component – о бы чны й ко мпо нентили Model - мо дель ко мпо нента. В ы бо р типа ко мпо нента влияетнасо держ ание по ля Step What , как о писано вы ше. Н ачиная с версии 7, всистеме MicroCAP введен ещ е о дин тип Symbolic. Н ачиная с версии 7, в о кне Stepping введено по ле Change , на ко торо м мо ж но вклю читьследую щ ие о пц ии : 1) Step all variables simultaneously – о дно временно е изменение всех варьируемы х параметро в, 2) Step variables in nested loops – по о чередно е (вло ж енно е) изменение варьируемы х параметро в. О собенност ивар иации п ар амет р ов в р еж име Stepping. 1. Н ельзя варьиро ватьпараметры ко мпо нентовтипаTransformer, User Source, Laplace Source, Function Source, зависимы е источники SPICE (типаЕ , F, G и Н ), клю чи изверсии 4.0 MicroCAP. 2. Н ельзя варьиро вать неко торы е параметры мо делей ко мпо ненто в. В частно сти, паразитны е со про тивления всех по лупро во днико вы х прибо ро в (RS, RB, RE, RC, RG и др.) нельзя варьиро вать, если в о писании мо делей им присво ены
21 нулевы е значения. В мо делях о перац ио нны х усилителей нельзя варьиро вать параметры Level и Type (параметр Level для всех по лупро во днико вы х прибо ро в мо ж етварьиро ваться). 3. П ри вариац ии параметро врезисторо в, ко нденсаторо в или катушек индуктивно стей, о писы ваемы х математическими вы раж ениями, эти вы раж ения не принимаю тся во внимание. П араметры принимаю тзначения, назначаемы е в о кне Stepping. 5. П РОС М ОТ Р И ОБ РА Б ОТ К А РЕ ЗУЛЬ Т А Т ОВ М ОДЕ ЛИРОВ А НИЯ П о завершении мо делиро вания в о кне результато в мо делиро вания Analysis вы во дятся г рафики х арактеристик сх емы . В се г рафики распо ло ж ены вг рафических по лях , но мерако торы х (P) указаны в таблиц е вы во дао кнаLimits (рис.1,3). В пределах о кнаAnalysis мо ж етбы тьдо 9 по лей. Д ля анализа г рафико в в системе MicroCAP имею тся спец иальны е реж имы , ко манды запуска ко то ры х распо ло ж ены в меню Scope. М еню Scope по является вко мандно м меню при вы по лнении мо делиро вания (анализа). 5.1. П еремещ ение и мас ш т абиро вание граф ик о в. Реж им элек т ро нно й лупы (Scale) Пер емещ ение гр аф иков без изменения масш т аба–п анор амир ование. В ы по лняется с по мо щ ью клавиатуры или мы ши. 1) О дно временно е наж атие клавиши Ctrl и о дно й из клавиш →, ←, ↑, ↓ перемещ аетг рафики в направлении стрелки в активно м г рафическо м по ле. Активны м является по ле, г де щ елчко м мы ши вы брано имя о дно й из изо браж аемы х зависимо стей (при этом имя по дчеркивается). 2) Н аж атие и удерж ание право й кно пки мы ши по зво ляетперемещ ать г рафик движ ением мы ши (курсо р мы ши принимаетпри этом фо рм уруки). О днако пано рамиро вание г рафико ввреж име электро нно г о курсо ра(Cursor) с по мо щ ью мы ши нево змо ж но . М асш т абир ование (изменение масш т аба) гр аф иков. В ы по лняется с по мо щ ью следую щ их клавиш или пиктог рамм : Ctrl – или - про по рц ио нально е уменьшение масштабаизо браж ения; Ctrl + или - про по рц ио нально е увеличение масштабаизо браж ения. Здесьпри масштабиро вании со х раняю тся про по рц ии г рафико в. Реж им элект р онной луп ы (Scale) испо льзуется для увеличения фраг ментов г рафико в без со х ранения про по рц ий. Здесь о сущ ествляется увеличение на весьэкран про изво льно й части г рафика, вы деленно й впрямо уг о льную рамку. 1) Реж им электро нно й лупы Scale включает ся наж атием наклавишуF7 или щ елчко м мы ши по пиктог рамме в стро ке инструменто в. П ри этом пикто г раммаменяетсво й ц вет. 2) Для вы деления впрямо уг о льно й рам ке фраг ментаг рафика, по длеж ащ ег о увеличению , по мещ аю ткурсо р мы ши в верх ний левы й уг о л фраг мента, наж имаю тлевую кно пкумы ши и удерж иваю теё. Затем перево дяткурсо р мы ши в ниж ний правы й уг о л масштабируемо г о фраг мента и о тпускаю тлевую кно пку мы ши. Т еперьвы деленны й фраг ментг рафиказанимаетвесьэкран.
22 3) Возвр ат к исх одному масш т абу вы по лняется с по мо щ ью ко манд меню Scope, дублируемы х функц ио нальны ми клавишами (даны вско бках ): Auto Scale (F6) – автоматическо е масштабиро вание г рафико втак, чтобы о ни по лно стью разместилисьвпределах о кна; Restore Limit Scales (Ctrl Home) – перечерчивание всех г рафико в в масштабе, указанно м во кне Limits (рис.1,3). 5.2. С ч ит ывание к о о рдинат т о ч ек граф ик а. Реж им элек т ро нно го к урс о ра (Cursor) Реж им электро нно г о курсо ра Cursor предназначен для считы вания ко о рдинато дно й или двух точек на г рафике, а такж е для о пределения разно сти (приращ ения) ко о рдинатэтих точек. Реж им Cursor включает ся наж атием на клавишуF8 или щ елчко м мы ши по пиктог рамме . П ри вклю чении реж има Cursor в начале ко о рдинатпо являю тся изо браж ения двух электр онн ы х кур сор ов, перемещ аемы х по г рафикам. 1) Э лект р онны е кур сор ы К урсо р представляет со бо й прямо уг о льник небо льшо г о размера, перемещ аю щ ийся вправо -влево по о дно муиз г рафико в. К урсо р имеетвизир – штрих о вую вертикальную линию , про х о дящ ую через ц ентр курсо ра по всем упо лю г рафико в (ино г да визир имеетфо рм у перекрестья). К урсо р перемещ аю тся по том у г рафику, имя ко то ро г о вы делено в перво м столбц е таблиц ы ко о рдинат курсо ро в (см. далее). Т аблиц а ко о рдинатнах о дится в ниж ней части по ля г рафико в. И менем г рафика является имя переменно й (функц ии), вы во димо й на г рафик по о си Y. И мя вы деляется с по мо щ ью щ елчка мы шью , при этом вы бранно е имя втаблиц е ко о рдинатпо дчеркивается и вы деляется ц ветом. О дин электро нны й курсо р назы вается левы м и перемещ ается по г рафику наж атием клавиш ← или → либо указанием мы шью на нуж ную то чкуи кратко временны м наж атием левойкно пки м ы ши. В торо й курсо р назы вается п р авы м и перемещ ается наж атием клавиш Shift ← или Shift → либо указанием нануж ную то чкуи наж атием п р авойкно пки мы ши. 2) Т аблица коор динат кур сор ов. П ри вклю чении реж има Cursor внизу каж до г о по ля г рафико в по является таблиц а ко о рдинаткурсо ро в. В ней о то браж аю тся ко о рдинаты точек пересечения вертикально г о визира курсо ро в со всеми г рафиками данно г о по ля. Ч исло стро к таблиц ы равно числуN по стро енны х г рафико вплю с о днастро ка, ачисло столбц о в– пяти. В столбц ах таблиц ы ко о рдинаткурсо ро в(кро ме по следней стро ки) распо лаг ается следую щ ая инфо рмац ия: п ер вы йстолбец – именафункц ий (переменны х ), вы во димы х по о си Y; столбец Left – ко о рдината Y точки пересечения визира лево г о курсо ра с г рафико м, имя ко торо г о указано вперво й ко ло нке этой ж е стро ки; столбец Right – ко о рдината Y точки пересечения визира право г о курсо ра с г рафико м, имя ко торо г о указано вперво й ко ло нке стро ки; столбец Delta – разно стько о рдинатY двух указанны х вы ше точек; столбец Slope – танг енс уг ла накло на прямо й, со единяю щ ей две указанны е точки. В по следней стро ке таблиц ы указы вается:
23 п ер вы йстолбец – имя переменно й, о тклады ваемо й по о си X; столбец Left – ко о рдинатаX лево г о курсо ра; столбец Right – ко о рдинатаX право г о курсо ра; столбец Delta – разно стько о рдинатX курсо ро в. 3) К оманды п озиционир ования кур сор ов Д ля о пределения ко о рдинато со бы х точек г рафико в (максимумы , миним умы , перег ибы и т.п.) имею тся ко манды по зиц ио ниро вания курсо ро в. О ни распо ло ж ены в по дменю Cursor Functions меню Scope. Э ти ко манды такж е мо г ут бы ть вы по лнены щ елчко м мы ши по пиктог раммам в стро ке инструменто в. П еречислим указанны е ко манды и со о тветствую щ ие им пиктог раммы . К ом анды п озиционир ования кур сор ов на особы еточкигр афика. Next - перемещ ение курсо ра к следую щ ей то чке данны х вы бранно г о г рафика. В по следую щ их версиях MicroCAP: Next Simulation Data Point – перемещ ение к рассчитанно й точке данны х , Next Interpolation Data Point – к интерпо лиро ванно й точке данны х ). - перемещ ение курсо ра к следую щ ем уло кально м умаксим ум у Peak вы бранно г о г рафика. Valley - перемещ ение курсо ра к следую щ ему ло кально м у миним ум у вы бранно г о г рафика. High - перемещ ение курсо ра к точке абсо лю тно г о максим ума вы бранно г о г рафика. Low - перемещ ение курсо рак точке абсо лю тно г о миним умавы бранно г о г рафика. Inflection - перемещ ение курсо ра к следую щ ей точке перег иба данны х вы бранно г о г рафика. 2) Global High - перемещ ение курсо ра к точке абсо лю тно г о максимума среди всег о семействаг рафико в. 2) Global Low - перемещ ение курсо ра к точке абсо лю тно го минимума среди всег о семействаг рафико в. В ы бо р г рафика про изво дится щ елчко м мы ши по имени г рафика в таблиц е ко о рдинаткурсо ро в. П еремещ ение лево г о курсо ра меж дуточками г рафика о сущ ествляется с по мо щ ью клавиш → (направо ) и ← (налево ), а перемещ ение право г о курсо ра- с по мо щ ью клавиш Shift → (направо ) и Shift ← (налево ). К ом анды п озиционир ования кур сор ов на точкис заданны м икоор динатам и. В ско бках указаны со о тветствую щ ие ко мандам ко мбинац ии лавиш. Go To X... (Shift Ctrl X) - перемещ ение лево г о или право г о курсо ра в точкус заданно й ко о рдинатой по о си X, Go To Y... (Shift Ctrl Y) - перемещ ение лево г о или право г о курсо ра в точкус заданно й ко о рдинатой по о си Y. П ри вы по лнении этих ко манд о ткры вается диало г о во е о кно , в ко то ро м следует ввести значение ко о рдинаты , вы брать левы й или правы й курсо р (щ елкнув мы шью по кно пке Left или Right) и закры тьо кно (щ елкнувпо кно пке Close). 2)
Э ти ко манды введены , начиная с 6-й или 7-й версии MicroCAP.
24 5.3. Ус т ано вк а ф о рмат о в граф ик о в К о манды устано вки фо рматов(стилей о фо рмления) г рафико внах о дятся в по дменю View меню Scope. П еречислим эти ко манды с указанием со о тветствую щ их им пиктог рамм изстро ки инструментов. Data Points
- о тображ ение наг рафиках расчетны х то чек.
Ruler - нанесение разметки о сей вместо ко о рдинатно й сетки. Plus Mark 2) – заменаизо браж ения ко о рдинатно й сетки назнаки “ +”. Tokens
- нанесение знако внаграфики для их распо знавания.
Horizontal Axis Grids Vertical Axis Grids
- нанесение ко о рдинатно й сетки по о си X. - нанесение ко о рдинатно й сетки по о си Y.
Minor Log Grids - нанесение бо леемелко й ло г арифмическо й сетки на всех о сях ко о рдинат, размеченны х вло гарифмическо м масштабе. Baseline 2) - нанесение нулево й линии навы бранны й г рафик. 2) Horizontal Cursor – про ведение г о ризо нтальны х линий о ттекущ их по ло ж ений курсо ро в. Д руг ие параметры стилей г рафико в(ц вет, шрифты надписей и т.д.) мо ж но о пределитьвдиало г о во м о кне Preferences, ко торо е о ткры вается по ко манде Preferences изменю ко манд Options (с по мо щ ью клавиш Ctrl Shift P или пиктог раммы ). Н еко то ры е элементы о фо рмления г рафико вмо ж но устано витьвдиа2) ло г о во м о кне Properties , ко торо е о ткры вается дво йны м щ елчко м мы шью по изо браж ению г рафико вили клавишей F10. 5.4. Нанес ение на граф ик ч ис ло вых знач ений к о о рдинат к урс о ро в Д ля этог о испо льзую тся следую щ ие ко манды изменю Scope, дублируемы е указанны ми вско бках ко мбинац иями клавиш. Tag Left Cursor (Ctrl L) - нанесение наг рафик ко о рдинатлево г о курсо ра. Tag Right Cursor (Ctrl R) - нанесение наг рафик ко о рдинатправо г о курсо ра. Tag Horizontal (Shift Ctrl H) - нанесение наг рафик размерны х линий меж ду точками г рафика, о тмеченны ми левы м и правы м курсо ро м, и про стано вка расстояния меж дуними по г о ризо нтали. Tag Vertical (Shift Ctrl V) - нанесение на г рафик размерны х линий меж ду точками г рафика, о тмеченны ми левы м и правы м курсо ро м, и про стано вка расстояния меж дуними по вертикали. Cursor 2) (по дменю Trackers) – нанесение наг рафик ко о рдинаткурсо ро в. Анало г ичны е действия вы по лняю тся с по мо щ ью следую щ их ко манд изпо дменю Mode меню Option, дублируемы х с по мо щ ью пиктог рамм. – нанесение наг рафик значений ко о рдинатвы бранно й точки. Point Tag Horisontal Tag – нанесение расстояния по г о ризо нтали меж дудвумя вы бранны ми точками г рафика. Vertical Tag – нанесение рассто яния по вертикали меж дудвумя вы бранны ми точками г рафика. Значения коор динат удаляют ся с гр аф иков с по мо щ ью ко манды Remove All Objects из меню Scope. Ф ор м ат п р едставления чиселпри нанесении ко о рдинатзадается вдиало г о во м о кне Preferences.
25 П рило ж ение А . Г ЛОБ А ЛЬ НЫ Е УС Т А НОВ К И М ОДЕ ЛИРОВ А НИЯ Э ти устано вки о пределяю тточно стьмо делиро вания, фо рматвы во дарезультато в, параметры мо делей ко мпо ненто в и др. О кно Global Settings (рис.6) вы зы вается по ко манде Global Settings изменю Options (наж атием клавиш Ctrl Shift G или щ елчко м по пиктог рамме ).
Рис.6. В во д или изменение устано во к в о кне Global Settings о сущ ествляется в по лях напро тив названий со о тветствую щ их параметро в или о пц ий. С о х ранение устано во к и закры тие о кна Global Settings о сущ ествляется щ елчко м мы ши по кно пке О К . Д ля о тмены сделанны х изменений и закры тия о кна следуетщ елкнуть мы шью по кно пке Cancel. Значения всех параметро в и о пц ий по умо лчанию устанавливаю тся щ елчко м по кно пке Default. С пис о к парамет ро в о к на Global Settings. В круг лы х ско бках () дано значение параметрапо умо лчанию , авквадратны х [ ] – ег о размерно сть. И м я п ар ам етр а Назначение п ар ам етр а М аксимально до пустимая абсо лю тная о шибкарасчета ABSTOL −12 токо впри анализе перех о дны х про ц ессо в (10 ) [A] М аксимально до пустимая абсо лю тная о шибкарасчета CHGTOL −14 зарядо впри анализе перех о дны х про ц ессо в (10 ) [К л] 9 CPTIME (10 ) [с] М аксимально е время рабо ты про ц ессо ра, разрешенно е для вы по лнения данно г о задания 2 Д иффузио нная пло щ адьстокаМ О П -транзистора DEFAD (0) [ м ] 2 Д иффузио нная пло щ адьистокаМ О П -транзистора DEFAS (0) [ м ] Д линаканалаМ О П -транзистора DEFL (10 −4 ) [м] DEFW (10 −4 ) [м] Ш иринаканалаМ О П -транзистора DIGDRVF (2) [О м] М инимально е вы х о дно е со про тивление ц ифро вы х устро йств(для мо делей UIO) М аксимально е вы х о дно е со про тивление ц ифро вы х DIGDRVZ (20) [кО м] устро йств(для мо делей UIO) DIGERRDEFAULT М аксимально е ко личество ко нтро лируемы х о шибо к
26 ц ифро вы х устро йств М аксимально е ко личество со о бщ ений о б о шибках в ц ифро вы х устро йствах М аксимальная частотадискретизац ии при анализе ц ифро вы х устро йств(минимальны й временно й шагравен 1/DIGFREQ) DIGINITSTATE (2) У стано вканачально г о со стояния триг г еро в: 0 – сбро с; 1 - устано вка; 2 – X (не о пределено ) DIGIOLVL (1) У ро веньА/Ц и Ц /А интерфейсапо умо лчанию DIGMNTYMX (2) В ы бо р задерж ки ц ифро во г о устро йствапо умо лчанию : 1 – минимум, 2 – типично е значение, 3 – максимум, 4 – мин/макс (наих удший случай ) DIGMNTYSCALE М асштабны й ко эффиц иентдля расчетаминимально й (0.4) задерж ки (о т0 до 1). Е сли минимальная задерж кане указана, то о навы числяется умно ж ением этог о ко эффиц иентанатипо вую задерж ку DIGOVRDRV (3) О тно шение вы х о дны х со про тивлений ц ифро вы х устро йств, при ко торо м изменяется со стояние о бщ ег о вы х о дно г о узла DIGTYMXSCALE М асштабны й ко эффиц иентдля расчетамаксимально й (1.6) задерж ки (бо льше 1). Е сли максимальная задерж кане указана, то о навы числяется умно ж ением этог о ко эффиц иентанатипо вую задерж ку М инимальная про во димо стьветви ц епи (про во димо сть, GMIN меньшая GMIN, считается равно й нулю ) (10 −12 ) [С м] ITL1 (100) М аксимально е ко личество итерац ий до до стиж ения заданно й то чно сти при анализе передато чны х функц ий по по стоянно м утоку ITL2 (50) М аксимально е ко личество итерац ий при расчетах в каж до й точке для анализа передаточны х функц ий по по стоянно м утоку ITL4 (10) М аксимально е ко личество итерац ий при расчетах вкаж до й временно й точке для анализаперех о дны х про ц ессо в. Е сли ко личество итерац ий бо льше, то уменьшается временно й шаги расчеты по вторяю тся ITL5 (0) О бщ ее максимально е ко личество всех итерац ий при анализе перех о дны х про ц ессо вдо до стиж ения заданно й точно сти (ITL5=0 о значаетбеско нечно сть) 9 LIMPTS (0 или 10 ) М аксимально е ко личество точек, вы во димы х втаблиц у или наг рафик (0 о значаетбеско нечно сть) NUMDGT (4) или К о личество значащ их ц ифр по сле десятично й точки плю с единиц автаблиц ах вы х о дны х данны х 3) К о личество значащ их ц ифр до и по сле десятично й точPERFORM_M (2) ки плю с единиц автаблиц ах вы х о дны х данны х −3 О тно сительная величинаэлементастро ки матриц ы , неPIVREL (10 ) о бх о димая для ег о вы деления вкачестве ведущ ег о элемента(при анализе часто тны х х арактеристик) (20) DIGERRLIMIT (10000) DIGFREQ (1 или 10) [Г Г ц ]
3)
Э ти параметры и о пц ии введены , начиная с версии 6 системы MicroCAP.
27 PIVTOL (10 −13 )
Абсо лю тная величина элемента стро ки матриц ы , нео бх о димая для ег о вы деления в качестве ведущ ег о элемента(при анализе часто тны х х арактеристик) −3 М аксимальная о тно сительная о шибкарасчетанапряRELTOL (10 ) ж ений и токо впри анализе перех о дны х про ц ессо в рузки по луRMIN 3) (10-6 ) [О м] М инимально е значение со про тивления наг про во днико вы х прибо ро в SD (2.58) О тно шение диапазо наразбро саслучай ны х параметро в к среднеквадратично м уо ткло нению при анализе методо м М о нте-К арло TNOM (27) [°C] Н о минальная температура, при ко торо й про исх о дит мо делиро вание (по умо лчанию ) TRTOL (7) К о эффиц иент, о пределяю щ ий до пустим ую о шибку усечения при анализе перех о дны х про ц ессо в −6 VNTOL (10 ) [B] М аксимально до пустимая абсо лю тная о шибка расчета напряж ений при анализе перех о дны х про ц ессо в Д линастро ки вы х о дно г о файла(80 или 132) WIDTH (80) С пис о к о пций о к на Global Settings. И м я оп ции Назначение оп ции NOOUTMSG (Off) О тменапередачи вфайл вы во дас расширением .TNO со о бщ ений о б о шибках мо делиро вания С о здание ко пий мо делей всех анало г о вы х ко мпо ненто в. PRIVATEANALOG (On) П ри наличии ко пий вариац ия параметро вмо дели (Stepping) о тно сится только к о дно мувы бранно муко мпо ненту, впро тивно м случае – ко всем ко мпо нентам, имею щ им этумо дель. П ри наличии вмо дели параметраDEV ко пии со здаю тся автоматически, независимо о тзначения параметраPRIVATEANALOG PRIVATEDIGITAL С о здание ко пий мо делей всех ц ифро вы х ко мпо ненто в. (Off) П ри наличии ко пий вариац ия параметро вмо дели (Stepping) о тно сится только к о дно мувы бранно муко мпо ненту, впро тивно м случае – ко всем ко мпо нентам, имею щ им этумо дель. П ри наличии вмо дели параметраDEV ко пии со здаю тся автоматически, независимо о тзначения параметраPRIVATEDIGITAL TRYTOCOMPACT П редставление вко мпактно й фо рме инфо рмац ии о рас(Off) пределении токо ви напряж ений вдлинны х линиях с по терями. И склю чаю тся токи, мало влияю щ ие нарезультат, что уско ряетвы числения о интег риро вания дифференц иMETHOD3) (GEAR, В ы бо р методачисленно г альны х уравнений TRAPEZOIDAL) Значение О n указы вает, что о пц ия вклю чена1), азначение Off – о тклю чена. П рило ж ение B. НЕ К ОТ ОРЫ Е ИС Т ОЧ НИК И А НА ЛОГ ОВ Ы Х С ИГ НА ЛОВ B.1. Т ипы ис т о ч ник о в с игнало в в MicroCAP Э лектро нны е устро йства часто со держ ато дин или неско лько вх о до в, на ко торы е по даю тся электрические сиг налы . П ри мо делиро вании таких устро йств ко вх о дам до лж ны бы тьпо дклю чены со о тветствую щ ие исто чники сиг нало в.
28 И сточники сиг нало всистемы MicroCAP делятся надва класса. 1) Ис т о ч ник и анало го вых с игнало в. Т акие исто чники мо г утбы ть исто чниками то ка или напряж ения. Нах одятся в п одм еню Waveform sources, Laplace sources, Function sources, Dependent sources идр . р аздела Analog Primitives м еню Component. С писо к источнико вприведен в п р илож енииA части1 по со бия. 2) Ис т о ч ник и циф ро вых с игнало в. Р асп олож ены в п одм еню Stimulus Generators р аздела Digital Primitives м еню Component. С писо к исто чнико в ц ифро вы х сиг нало вприведен в п р илож енииB части1 по со бия. У стано вка на сх емуисточика сиг нала не о тличается о тустано вки о бы чно г о ко мпо нента–прим итива (см. часть 1 по со бия). Ф о рма сиг нала о писы вается в о кне атрибуто в или в о кне текста (см. часть 1 по со бия). Р ассм отр им п р авила задания атр ибутов часто исп ользуем ы х аналоговы х источников сигналов. B.2 Ис т о ч ник и по с т о янно го т о к а и напряж ения B.2.1. Ис т о ч ник и по с т о янно го т о к а. В качестве тако г о исто чника реко мендуется испо льзо ватьо дин изследую щ их исто чнико в. 1) Ис т о ч ник т о к а Isourse. Распо ло ж ен в по дменю Waveform sources разделаAnalog Primitives меню Component. С илатокаисточника(вамперах ) задается в о кне атрибутов как значение атрибутаVALUE. Н аправление то као пределяется по стрелке наизо браж ении источникавсх еме. 2) Ф унк цио нальный ис т о ч ник т о к а NFI. Распо ло ж ен в по дменю Function Sources разделаAnalog Primitives меню Component. С илато ка (в амперах ) задается в о кне атрибутов как значение атрибута VALUE. Н аправление тока о пределяется по направлению стрелки наизо браж ении источника. B.2.2. Ис т о ч ник и по с т о янно го напряж ения Реко мендуется испо льзо вать ф унк цио нальный ис т о ч ник напряж ения NFV. Распо ло ж ен в по дменю Function Sources раздела Analog Primitives меню Component. В еличина по сто янно г о напряж ения (в во льтах ) задается в о кне атрибутов (атрибутVALUE). П о лярно сть по дклю чения исто чника о бо значается насх еме знаками “ +” и “ -”. З ам ечание. В качестве источника напряж ения не р еком ендуется исп ользовать источник Battery. Н азначением исто чника Battery является питание анало г о вы х частей сх емы и ег о устано вкав качестве исто чникасиг нала ух удшаетнаг лядно стьи читаемо стьсх емы . B.3. Ис т о ч ник и импульс но го т о к а и напряж ения B.3.1. Ис т о ч ник импульс но го напряж ения Pulse sourse Распо ло ж ен в по дменю Waveform sources раздела Analog Primitives меню Component или на 1 панели ко мпо ненто в, вы зы ваемо й клавишами Ctrl 1. И спо льзуется как исто чник перио дическо й по следо вательно сти импульсо в напряж ения. Ф о рмаимпульсо вво бщ ем виде трапец иидальная, как по казано нарис.7. П ри Р2=Р3 имеем треуг о льны е, апри Р1=Р2, Р3=Р4 - прямо уг о льны е импульсы . Пр и уст ановке ист очника следуетв о кне атрибуто в (см. часть 1 по со бия) ввест и про изво льно е имя модели вкачестве значения атрибутаMODEL. М о ж но вы брать имя стандартно й мо дели из по ля мо делей о кна атрибуто в. В ы бо р о сущ ествляется щ елчко м мы ши по имени мо дели. В системе MicroCAP имею тся следую щ ие стандар тны ем одели: IMPULSE – импульс, PULSE – по следо вательно стьимпульсо в, SAWTOOTH – треуг о льны й (пило о бразны й) импульс, SQUARE – меандр (прямо уг о льны й импульс),
29 VONE T
U0
V0 T1
T2
VZERO P5 0 P1
P2
P3
P4
Pис.7
TRIANGLE – равно сторо нний треуг о льны й импульс. И мена этих мо делей нельзя менять и нельзя до по лнять в списо к но вы е имена. О днако параметры этих мо делей (параметры г енерируемы х сиг нало в) мо ж но редактиро вать. После уст ановки ист очника на сх емуследуетв о кне текста (см. часть 1 по со бия) ввест и или от р едакт ир оват ь оп исание ист очника в со о тветствии с параметрами сиг нала.
О писание источникаPulse sourse имеетвид : .MODEL <имя мо дели> PUL (списо к параметро в), г де <имя мо дели> - заданно е имя мо дели источника (атрибутMODEL), а списо к параметро в со держ итсписо к имен параметро в сиг нала (рис.4) с присво енны ми (с по мо щ ью знака=) число вы ми значениями: VZERO = … VONE= … Р1= … P2= … Р3= … P4= … Р5= … ЗдесьVZERO – минимально е (начально е) значение сиг нала(вво льтах ); VONE – максимально е значение сиг нала(вво льтах ); Р1 и P2 – начало и ко нец переднег о фро нтаимпульса(всекундах ); Р3 и P4 – начало и ко нец заднег о фро нтаимпульса(всекундах ); Р5 – перио д по вторения импульсо в(всекундах ); авместо … ставится число во е значение со о тветствую щ ег о параметра. П араметры в списке параметро в разделяю тся про белами или запятой. Д о пустима лю бая по следо вательно сть задания параметро в. Е сли какие-либо параметры всписке про пущ ены , то о ни принимаю тся равны ми значениям по умо лчанию . П р им ер . Записьво кне текста .MODEL PULSE PUL (VZERO=0 VONE=10 P1=0 P2=0 P3=1U P4=1U P5=2U) задает источник PULSE по следо вательно сти о дно по лярны х прямо угольны х импульсо вс амплитудо й 10В , длительно стью 1мкС и перио до м 2мкС .
B.3.2. Независ имые ис т о ч ник и напряж ения V и т о к а I И сто чники распо ло ж ены впо дменю Waveform sources разделаAnalog Primitives меню Component. О ни фо рмирую тсиг налы различно й фо рмы : импульсны е (тип PULSE), синусо идальны е (тип SIN), экспо ненц иальны е (тип EXP), кусо чно -линейны е (тип PWL) и с частотно й мо дуляц ией (SFFM). В ы х о дны м сиг нало м источника V является напряж ение, а источника I – ток. Т ип исто чника (PULSE, SIN и т.п.), фо рмавы х о дно г о сиг налаисто чника и ег о параметры вво дятся в качестве значения атрибута VALUE в о кне атрибутов (см. часть 1 по со бия). Э то о кно о ткры вается при устано вке исто чниканасх ем у. Рассм отр им п р авила зап иси атр ибута VALUE для источнико в V и I им п ульсного сиг нала (тип PULSE), фо рмирую щ их перио дическую по следо вательно сть прямо уг о льны х , треуг о льны х или трапец еидальны х импульсо в. Ф о рма вы х о дно г о сиг налатаких источнико впо казананарис.7. В качестве значения атрибутаVALUE во кне атрибуто ввво дится стро ка DC
AC <Ф > PULSE ,
30 г де DC, AC и PULSE – клю чевы е сло ва, а запись о значаетчисло во е значение параметраT. П араметры имею тследую щ ий смы сл (см. рис.7) : V0 - по стоянная со ставляю щ ая сиг нала вво льтах (для исто чниканапряж ения V) или в амперах (для исто чника то ка I), испо льзуемая при анализе передаточны х функц ий по по стоянно м утоку; U0 и Ф - амплитуда сиг налав во льтах или амперах и начальная фаза сиг нала в гр адусах (при анализе часто тны х х арактеристик); VZERO - минимально е значение импульса(вво льтах или амперах ); VONE - максимально е значение импульса(вво льтах или амперах ); P1 - время началапереднег о фро нтаимпульса(всекундах ); T1 - длительно стьпереднег о фро нтаимпульса(всекундах ); T2 - длительно стьзаднег о фро нтаимпульса(всекундах ); T - длительно стьпло ско й вершины импульса(всекундах ); P5 - перио д по вторения импульсо в(всекундах ) (см. рис.4). З ам ечание 1. С тро купараметро в – значение атрибута VALUE мо ж но ввести во кне текста, испо льзуя директивуDEFINE (см. часть1 по со бия). З ам ечание 2. В о тличие о тисточникаPulse sourse изп.B.3.1, здесьвво дятся только значения параметро в стр ого в заданной п оследовательности. В се значения разделяю тся про белами или запятой. Е сли параметры DC AC <Ф > не вво дить, то о ни принимаю тся как DC 0 AC 1 0. П араметры VZERO и VONE вво дятся о бязательно . Е сли о стальны е параметры не введены , то о ни устанавливаю тся по умо лчанию . П р им ер . И сточник импульсно г о тока амплитудо й 3А, с длительно стью фро нтов 0.01mC, длительно стью вершины импульса 1mС и с перио до м следо вания 2mС мо ж но задатькак DC 0 AC 3 0 PULSE (0 3 0 0.01m 0.01m 1m 2m). B.4. Ис т о ч ник и с инус о идально го т о к а и напряж ения B.4.1. Ис т о ч ник с инус о идально го напряж ения Sine sourse Распо ло ж ен в по дменю Waveform sources раздела Analog Primitives меню Component и на 1 панели ко мпо нентов, вы зы ваемо й наж атием клавиш Ctrl 1. И спо льзуется как источник синусо идально г о затух аю щ ег о или незатух аю щ ег о напряж ения с по сто янно й со ставляю щ ей. Ф о рма вы х о дно г о сиг нала источника при фо рмиро вании незатух аю щ ег о г армо ническо г о сиг налапо казананарис.8. Пр и уст ановке ист очника Sine Source нуж но в о кне атрибуто в(см. часть 1 по со бия) ввест и про изво льно е имя модели в качестве значения атрибута MODEL. В место этог о мо ж но вы брать имя стандартно й мо дели из по ля мо делей о кнаатрибуто в. В ы бо р о сущ ествляется щ елчко м мы ши по имени мо дели. В системе MicroCAP имею тся следую щ ие стандар тны ем одели: - GENERAL – г армо нический сиг нал с F=1/T A частото й 10 М Г ц и амплитудо й 1В , - 1MHZ – г армо нический сиг нал с часDC тото й 1 М Г ц и амплитудо й 1В , - 60 HZ – г армо нический сиг нал с часT тото й 60 Г ц и амплитудо й 120 В , - 3PHASEA, 3PHASEB, 3PHASES – трех фазны е г армо нические сиг налы . И мена мо делей нельзя изменять, нель0 зя до по лнять в списо к но вы е имена 0 P1 PH=360*P1/T мо делей. О днако параметры этих мо Pис.8
31 делей (параметры г енерируемы х сиг нало в) мо ж но редактиро вать. После уст ановки ист очника следуетв о кне текста (см. часть 1 по со бия) ввест и или от р едакт ир оват ь оп исание модели источника в со о тветствии с параметрами сиг нала. О писание мо дели источникаSine sourse имеетвид : .MODEL <имя мо дели> SIN (списо к параметро в), г де <имя мо дели> заданно е имя мо дели исто чника (атрибутMODEL), а списо к параметро в со держ итсписо к имен параметро в сиг нала (рис.8) с присво енны ми (с по мо щ ью знака=) число вы ми значениями: F= … A= … DC= … PH= … RS= … RP= … TAU= … ЗдесьF – часто та(вг ерц ах ), А – амплитуда(вво льтах ); DC – по стоянная со ставляю щ ая (вво льтах ); PH – начальная фаза(вг радусах ); RS – внутреннее со про тивление исто чника(во мах ); RP – перио д по вторения затух аю щ ег о сиг нала(всекундах ); TAU – по стоянная времени изменения амплитуды затух аю щ ег о сиг налапо экспо ненц иально музако ну(всекундах ); а вместо … указы вается число во е значение параметра. Д ля п олучения синусоидального сигнала (рис.8) следуетввести RP=0 и TAU=0. П араметры в списке параметро в разделяю тся про белами или запятой. Д о пустималю бая по следо вательно сть задания параметро в. Е сли какие-либо параметры в списке про пущ ены , то о ни принимаю тся равны ми значениям по умо лчанию . Нап р им ер , записьво кне текста .MODEL GENERAL SIN (F=1000 A=2) задаетсинусо идальны й сиг нал с амплитудо й 2 В и частото й 1 кГ ц . Д руг ие параметры задаю тся по умо лчанию : DC=0, RP=0, TAU=0, PH=0, RS=0.001 О м. B.4.2. Независ имые ис т о ч ник и напряж ения V и т о к а I Распо ло ж ены в по дменю Waveform sources раздела Analog Primitives меню Component. В ы х о дны м сиг нало м источникаV является напряж ение, аисточника I – ток. Ф о рма сиг нала и ег о параметры вво дятся как значения атрибута VALUE во кне атрибутов(см. часть1 по со бия) при устано вке источника. Р ассм отр им п р авила зап иси атр ибута VALUE для источника синусоидального незатух аю щ его сигнала с п остояннойсоставляющ ей(рис.8). В качестве значения атрибутаVALUE во кне атрибуто ввво дится стро ка DC AC <Ф > SIN , г де DC, AC и SIN – клю чевы е сло ва, а запись о значаетчисло во е значение параметраT. П араметры , перечисленны е встро ке, имею тсмы сл (рис.8) : V0, U0 и Ф – то ж е, что и для источникатипаPULSE вп.B.3.2; D0 - по стоянная со ставляю щ ая (в во льтах для источника V и в амперах для источникаI), о бо значенная как DC нарис.8; A - амплитудаг армо ническо г о сиг нала(вво льтах или амперах ); F - частотаг армо ническо г о сиг нала(вг ерц ах ); D - задерж ка начала сиг нала (в секундах ), ко торая на рис.8 равна 0 (до мо ментавремени D сиг нал равен нулю ); Y=1/TAU - ко эффиц иентзатух ания для затух аю щ ег о сиг нала(в1/сек); PH - начальная фаза сиг нала в г радусах (учиты вается при анализе перех о дны х про ц ессо в). Д ля фор м ир ования незатух ающ его синусоидального сигнала (рис.8) следует вкачестве значения ввести 0. З ам ечание 1. С тро купараметро в – значение атрибутаVALUE мо ж но ввести
32 во кне текста, испо льзуя директивуDEFINE (см. часть1 по со бия). З ам ечание 2. В о тличие о тисточника Sine sourse из п.B.4.1, здесь вво дятся только значения параметро в стр ого в заданнойп оследовательности. Значения разделяю тся про белами или запятой. П араметры DC AC <Ф > мо ж но не вво дить, тог да о ни будутпо ниматься как DC 0 AC 1 0. П араметры D0 и A вво дятся о бязательно . Е сли о стальны е параметры не указаны , то о ни устанавливаю тся по умо лчанию . Нап р им ер , источник синусо идально г о тока с амплитудо й 3А и часто той 1 кГ ц задается как DC 0 АС 3 0 SIN (0 3 1K 0 0 0). B.5. Ф унк цио нальные ис т о ч ник и напряж ения и т о к а Ф ункц ио нальны е исто чники NFV и NFI фо рмирую тсиг налы про изво льно меняю щ их ся напряж ения и то ка со о тветственно . И сточники распо ло ж ены в по дменю Function sourses разделаAnalog Primitives меню Component. Ф о рма вы х о дно г о сиг нала источнико в задается алгебр аической фор м улой зависимо сти напряж ения (для NFV) или тока(для NFI) навы х о де исто чникао т времени T и друг их величин. Ф о рмула вво дится в о дно й стро ке в о кне атрибутов (см. часть 1 по со бия) как значение атрибута VALUE. Д линную фо рм улу удо бнее вво дить не в о кне атрибуто в, а в о кне текста с по мо щ ью директивы DEFINE (см. часть 1 по со бия). П ри записи фо рмул следуетруко во дство ваться правилами записи чисел, переменны х , о перац ий и стандартны х функц ий (см. прило ж ения D, E и F к части 1 по со бия). Пр имер ы записи значения атрибутаVALUE для различны х сиг нало в. 1) П остоянноенап р яж ение 200мВ (для NFV) илиток 200 мА (для NFI): 0.2 . 2) Э ксп оненциальны йсигнал t exp[−(t − t 0 ) / α ] при t 0 = 25 мкС и α = 3 мкС : T*EXP(-(T-25u)/3u) . 3) Г ар м оническийсигнал A cos[2πft + ϕ] при A = 12мB, f = 3.1 М Г ц , ϕ = 2.1 рад: 12m*COS(2*PI*3.1Meg*T+2.1) . 4) П р ям оугольны йим п ульс с амплитудо й 1.2кВ и длительно стью 7.4мС : 1.2k*LIMIT(0
33 ко втипаSTIM, фо рмирую щ их дво ичны е ц ифро вы е сиг налы : Stim1 – г енератор о дно разрядно г о дво ично г о ц ифро во г о сиг нала; Stim2 – г енератор двух разрядно г о ц ифро во г о сиг нала; Stim4 – г енератор четы рех разрядно г о ц ифро во г о сиг нала; Stim8 – г енератор во сьмиразрядно г о ц ифро во г о сиг нала; Stim16 – г енератор шестнадц атиразрядно г о ц ифро во г о сиг нала. К аж ды й г енератор StimN (N = 1,2,4,8,16) имеетN вы х о до в (по о дно м увы х о дуна каж ды й разряд). П о умо лчанию вы х о ды имею тимена Out0, Out1, Out2 и т.д. до Out(N-1). Н а каж до м вы х о де фо рмируется по следо вательно сть напряж ений низко г о (U0) и вы со ко г о (U1) ло г ических уро вней, со о тветствую щ их «ло гическо му0» или «ло г ическо й 1» ц ифро во г о сиг нала. М о менты времени t устано вки напряж ений (ло г ических уро вней), значения напряж ений ло г ических уро вней и др. задаю тся во кне атрибуто впри устано вке источниканасх ем у. Рабо таво кне атрибутоврассмо тренавчасти 1 по со бия. Рассмо трим ат р ибут ы ист очников STIM и п р авила их задания. А т рибут PART задаетпо зиц ио нно е о бо значение источниканасх еме, ко то ро е по умо лчанию со сто итизпрефиксаU и но мерако мпо нентанасх еме. А т рибут FORMAT задаетсистемупредставления чисел при о писании по следо вательно сти уро вней ц ифро во г о сиг нала. П о следо вательно сть уро вней задается с по мо щ ью атрибутаCOMMAND. Ц ифро во й сиг нал мо ж етбы тьзаписан в дво ично й (тип 1), во сьмерично й (тип 3) и шестнадц атирично й (тип 4) системах счисления либо с по мо щ ью ко мбинац ии этих систем. Значение атрибута FORMAT со держ итц ифры 1, 3, 4 или их ко мбинац ии. Ц ифра 1 о значаетдво ичны й фо рматчисло во г о о писания сиг нала, 3 – во сьмеричны й, а 4 – шестнадц атиричны й. Е сли имеется неско лько ц ифр, то первая ц ифрао писы ваетфо рматчисла, задаю щ ег о первы е разряды ц ифро во г о сиг нала, вторая ц ифра - следую щ ие разряды и т.д. С ум м а всех цифр п оследовательностир авна р азр ядностиN цифр ового сигнала генер атор а. П р им ер ы . 1. Значение 11 атрибута FORMAT г енератора Stim2 указы вает, что каж ды й разряд ег о двух разрядно г о сиг налао писы вается дво ичны м число м. 2. Значение 3113 атрибута FORMAT генератора Stim8 во сьмиразрядно г о ц ифро во г о сиг нала указы вает, что первы е 3 разряда сиг нала задаю тся во сьмеричны м число м, следую щ ие дваразряда- двумя дво ичны ми числами, апо следние 3 разряда – во сьмеричны м число м . С умма всех чисел по следо вательно сти равначислу8 разрядо вц ифро во г о сиг налаг енератора. А т рибут COMMAND со держ итко манды и число вы е данны е, задаю щ ие по следо вательно сть уро вней сиг нала источника. Ф о рматпредставления число вы х данны х (дво ичны й, во сьмеричны й или шестнадц атиричны й ) задается с по мо щ ью атрибута FORMAT. К аж дая ко м анда записы вается в о тдельно й стро ке, причем следующ ая стр ока отделяется от п р еды дущ ейзнаком “+” . Рассмот р им ф ор мы зап иси ат р ибут а COMMAND. 1. П рямо е о пис ание с игнала. АтрибутCOMMAND со держ итстро ки: < t >, < ло г ический уро вень> В место запято й мо ж но испо льзо ватьо дин или неско лько про бело в. Здесь - мо ментвремени, в ко торы й устанавливается уро вень ц ифро во г о сиг нала, а <ло г ический уро вень> - значение уро вня. В ремя записы вается в десятично й системе по правилам записи десятичны х чисел (прило ж ение D). Значение <ло г ический уро вень> записы вается в виде дво ичны х , во сьмеричны х или шестнадц атиричны х чисел, как о пределено атрибутом FORMAT.
34 П р авила зап исим ом ента вр ем ени< t > установкизначения сигнала. 1) Е сли число < t > имеетсуффикс S ( например, 3S, 0.5S и т. п.), то это число задаетвремя всекундах . П еред суффиксо м S мо ж но испо льзо ватьсуффиксы , о бо значаю щ ие различны е степени 10 (см. п р илож ение D части 1 по со бия): n – нано , u – микро , и т.п. Н апример, запись10mS о значает10 миллисекунд. 2) Е сли число < t > имеетсуффикс С , то это число задаетне время, ано мер временно г о шаг а ( например, 1С – 1-й шаг , 2С – 2- й шаги т.п.). П ри этом мо ментустано вки значения сиг нала вы числяется умно ж ением но мерашаг а на величинушаг а, задаваемую с по мо щ ью атрибутаTIMESTEP (см. далее). 3) Е сли перед число м < t > стоитдо по лнительно знак + , то о но задаетне абсо лю тно е значение времени или шаг а, а ег о приращ ение о тно сительно преды дущ ег о мо мента устано вки уро вня сиг нала. Н апример, запись +2С о значаетустано вкууро вня сиг нала через2 временны х шаг а, а +25mS – через25 миллисекунд по сле по следней устано вки. П ример. Записьчеты рех разрядно г о сиг налаисточникаStim 4 0ns 0000 0 ns 0000 0С 0000 +10ns 1010 или ++10ns 1010 или +1С 1010 +20ns 0101 ++10ns 0101 +2С 0101 при устано вке 10nS атрибутаTIMESTEP о значаетследую щ ее: - в мо ментt =0 все разряды сиг нала равны 0 и на всех вы х о дах источника (Out0, Out1, Out2, Out3) устанавливается напряж ение U0 низко г о уро вня; - в мо ментвремени t =10 нано секунд первы й и третий разряды сиг налапринимаю тзначение ло г ическо й 1, так что навы х о дах Out0 и Out2 исто чникаустанавливается напряж ение U1 вы со ко г о уро вня; - в мо ментвремени t =20 нано секунд первы й и третий разряды сиг налапринимаю тзначение ло г ическо г о 0, а вто ро й и четверты й разряды – ло г ическо й 1; при это м на вы х о дах Out0 и Out2 источника устанавливается напряж ение U0 низко г о уро вня, анавы х о дах Out1 и Out3 – напряж ение U1 вы со ко г о уро вня. Т ак как здесь значения ц ифро во г о сигнала о писы ваю тся с по мо щ ью дво ичны х чисел, то значение атрибутаFORMAT до лж но бы тьравно 1111. 2. Опис ание приращ ений с игнала. Д ля этог о испо льзую тся стро ки INCR BY <данны е> - увеличение значения ц ифро во го сиг налавмо ментвремени < t > навеличину, задаваемую число м <данны е>, или DECR BY <данны е> - уменьшение значения сиг наланавеличину, задаваемую число м <данны е>. 3. Опис ание по вт о ряю щ его с я с игнала. И спо льзуется для по вторения фраг мента ц ифро во г о сиг нала неско лько раз. Д ля этог о в стро ке перед о писанием фраг ментануж но по ставитько мандуметки началафраг мента LABEL = <имя метки> , австро ке, следую щ ей зао писанием фраг мента, нуж но по ставитько мандуво звратак стро ке началафраг ментаn раз: GOTO <имя метки> TIMES . Здесь <имя метки> - идентификато р метки в виде по следо вательно сти сим во ло в, - мо ментперво г о во зврата на начало фраг мента, - число по вторений фраг ментасиг нала. З начениеn = -1 задает бесконечноечисло п овтор ений. П ример. О С 00 по вторение + LABEL = М фраг мента10, 01 +1С 10 двух разрядно г о +2С 01 сиг нала
35 +3С GOTO М 3 TIMES 3 раза. 4. Другие к о манды по вт о рения ф рагмент о в с игнала. GOTO <имя метки> UNTIL GT <данны е> - перех о д вмо ментвремени настро ку LABEL с <именем метки>, если значение ц ифро во г о сиг налавданны й мо ментвремени бо льше числа, записанно г о вкачестве переменно й <данны е>; GOTO <имя метки> UNTIL GE <данны е> - перех о д при значении сиг нала, бо льшем или равно м значению <данны е>; GOTO <имя метки> UNTIL LT <данны е> - перех о д при значении сиг нала, меньшем значения <данны е>; GOTO <имя метки> UNTIL LE <данны е> - перех о д при значении сиг нала, меньшем или равно м значению <данны е>. П р им ер . О С 00 + LABEL = М +1С INCR BY 01 +1С GOTO М UNTIL LT 4E Здесьчеты рех разрядны й ц ифро во й сиг нал о писы вается с по мо щ ью шестнадц атиричны х чисел и увеличивается на 01 о т00 до 4E. В качестве значения атрибутаFORMAT вданно м случае вво дится число 4. Зап ись ат р ибут а COMMAND в окне т екст а. О писание ц ифро во г о сиг нала с по мо щ ью атрибута COMMAND о бы чно занимаетмно г о места. П о это м у значение COMMAND реко мендуется вво дить в о кне текста. Д ля этог о вместо значения атрибута COMMAND в о кне атрибуто в следуетввести ег о идентификатор – по следо вательно стьсимво ло в. Д алее во кне текстас по мо щ ью директивы .DEFINE нуж но ввести о писание сиг нала и присво ить ег о идентификатору. И спо льзо вавние директивы .DEFINE рассмо трено в п.4.3.2 части 1 по со бия для случая задания атрибутаVALUE. П р им ер . В качестве идентификатораатрибутаиспо льзуется SQWAVE. В о кне текставво дится .DEFINE SQWAVE + 0ns 0 + LABEL= START ++10ns 1 ++10ns 0 ++10ns GOTO START 10 TIMES А т рибут TIMESTER задаетвременно й шагизменения сиг налапри задании мо ментов устано вки сиг нала с по мо щ ью но мерашаг а. Э тотпараметр иг но рируется, если мо менты заданы всекундах (т.е. с суффиксо м S). А т рибут I/O MODEL задаетимя мо дели вх о д/вы х о д источника. Э тамо дель о пределяет вы х о дны е со про тивления и емко сти исто чника, время перех о да сиг нала о то дно го ло г ическо г о уро вня к друг о м уи др. П о льзо вательмо ж етменятьпараметры мо дели или со здаватьно вую мо дельвх о д/вы х о д. Н ачинающ ему п ользоват елю не р екомендует ся менят ьимя модели вх од/вы х од, п р едлагаемое сист емойп о умолчанию (нап р имер , IO-STD). О писание параметро в макро мо делей вх о д/вы х о д мо ж но найти в о дно м из тексто вы х файло в библио теки ц ифро вы х ко мпо ненто в (о бы чно в DIGIO.lib). П араметры макро мо дели распо ло ж ены в ско бках на стро ках , начинаю щ их ся директиво й .model с указанием имени микро мо дели и клю чево г о сло ва UIO. П араметрами мо дели вх о д/вы х о д являю тся вы х о дная емко сть OUT LD, вы х о дны е со про тивления DRVH и DRVL вы со ко г о и низко г о уро вня ц ифро во г о сиг нала и др. В аж ны м параметро м мо дели вх о д/вы х о д является DIGPOWER – имя
36 макро мо дели ц ифро во г о исто чникапитания. П о умо лчанию параметруDIGPOWER присваивается имя DIGIFPWR. И сточник питания ц ифро во г о ко мпо нента задаетнапряж ение U0 низко г о уро вня (“ ло г ическо г о 0”) и напряж ение U1 вы со ко г о уро вня (“ ло г ическо й 1”) на вы х о де ко мпо нентао тно сительно о бщ ег о про во да(“ земли”) AGND источника. И сто чники питания ц ифро вы х ко мпо нентоврассмо трены вп.8.2. А т рибут I/O LEVEL задаетно мер 1, 2, 3 или 4 о дно й изчеты рех стандартны х макро мо делей интерфейса вх о д/вы х о д. Е сли ж е задать но мер 0, то но мер мо дели берется равны м значению перем енно й DIGIOLVL, задаваемо й в диало г о во м о кне Global Setting. П о умо лчанию значение этой переменно й равно 1. М о дели с но мерами 1 и 2 являю тся о сно вны ми и про стейшими. М о дели с но мерами 3 и 4 бо лее сло ж ны е, о ни точнее имитирую тнелиней но сти вх о дны х и вы х о дны х со про тивлений ц ифро вы х ко мпо нентов и друг ие о со бенно сти, но требую тбо льших вы числительны х затрат. Н ачинающ ему п ользоват елю р екомендует ся уст анавливат ьномер 1 модели инт ер ф ейса. А т рибут POWER NODE задаетимя (но мер) узла DPWR ц ифро во г о исто чникапитания, напряж ение нако торо м о пределяетуро веньло г ическо й 1 вы х о дно г о сиг нала г енератора. А т рибут GROUND NODE задаетимя (но мер) узла DGND ц ифро во г о источника питания, напряж ение на ко то ро м о пределяетуро веньло г ическо г о 0 вы х о дно г о сиг налаг енератора. И мена узло в DPWR и DGND заданы в о писании макро мо дели исто чника питания, имя ко торо й указано в качестве параметра DIGPOWER в о писании мо дели вх о д/вы х о д. О бы чно узлам DPWR и DGND присваиваю тся г ло бальны е имена$G_DPWR и $G_DGND со о тветственно . П рило ж ение D. ОП Е РА Т ОРЫ ОБРА Б ОТ К И С ИГ НА ЛОВ И спо льзую тся вреж имах мо делиро вания (анализа) сх ем. П еременны е, о бо значенны е в[], мо ж но о пустить, тог дао ни задаю тся по умо лчанию . 1. Инт егр алы и п р оизводны е SUM(y,x[,start]) – текущ ий интег рал о тпеременно й y по переменно й x , г де ниж ний предел интег риро вания по x равен start. SDT(y) 4)– текущ ий интег рал сиг нала y(T) по времени T, начиная о тзначения T =Tmin. Здесь Tmin – начальны й мо ментвремени при расчете перех о дны х про ц ессо в (Transient Analysis), задаваемы й в по ле Time Range о кна Transient Analysis Limits (см. п.1.1). SD(y[,start]) 4) – текущ ий интег рал о тпеременно й y по времени T при анализе перех о дны х про ц ессо в (Transient Analysis) или по часто те F - при анализе частотны х х арактеристик (AC Analysis). Н иж ний предел интег риро вания равен start . RMS(y[,start]) – текущ ее среднеквадратично е о ткло нение переменно й y при интег риро вании по времени Т (при анализе перех о дны х про ц ессо в) или по частоте F (при анализе частотны х х арактеристик). Н иж ний предел интег риро вания равен start . AVG(y[,start]) 4)– текущ ее среднее о ткло нение переменно й y при интег риро вании по времени Т (при анализе перех о дны х про ц ессо в) или по часто те F (при анализе частотны х х арактеристик). Н иж ний предел интег риро вания равен start . DEL(y) 4) – приращ ение сиг нала y(T) в данно й точке анализа о тно сительно преды дущ ей точки (при анализе перех о дны х про ц ессо в). 4)
Э ти функц ии введены , начиная с версии 6 системы MicroCAP.
37 4)
DD(y) – про изво дная о тy по времени Т (при анализе перех о дны х про ц ессо в) или по часто те F (при анализе частотны х х арактеристик). П ро изво дная рассчиты вается как о тно шение двух о ператоро в DEL. Н апример, про изво дная dy/dt рассчиты вается как DEL(y)/DEL(t) . DDT(y) 4) – про изво дная сиг налаy(T) по времени Т . 2. Ср авнение ф ункций DIFA(u,v[,d]) – сравнение значений двух функц ий u(T) и v(T) во всех то чках T при расчёте перех о дны х про ц ессо в. Ф ункц ии DIFA в рассматриваемо й то чке T присваивается значение 1, если в это й точке абсо лю тно е значение разно сти функц ий u(T) и v(T) меньше величины d (по умо лчанию d = 0). В про тивно м случае функц ии DIFA врассматриваемо й точке T присваивается значение 0. DIFD(u,v[,d]) – сравнение значений двух ло г ических функц ий u(T) и v(T) во всех точках T при расчёте перех о дны х про ц ессо в. Ф ункц ии DIFD в рассматриваемо й точке T присваивается значение 1, если в этой то чке значения функц ий u(T) и v(T) о тличаю тся друго тдруг а. В про тивно м случае функц ии DIFD врассматриваемо й точке T присваивается значение 0. В течение первы х d секунд по сле начала расчёта перех о дны х про ц ессо в сравнение не про во дится (по умо лчанию d = 0). 3. О п ер ат ор ы сп ект р ального и кор р еляционного анализа HARM(u) – спектральны е со ставляю щ ие сиг налаu(T). FFT(u) – прямо е прео бразо вание Ф урье о тсчётовсиг налаu(T). О тличается о т функц ии HARM мно ж ителем N/2 для г армо ник с перво й до N-о й и мно ж ителем N для нулево й г армо ники (N – ко личество о тсчётовсиг нала). IFT(S) – о братно е прео бразо вание Ф урье спектраS. CONJ(S) – спектр, со пряж ённы й ко мплексно м успектруS. CS(u,v) – взаимны й спектр сиг нало вu(T) и v(T), равны й CONJ(FFT(u))*FFT(v). AS(u) – со бственны й спектр сиг налаu(T), равны й CS(u,u). THD(S[,F]) – ко эффиц иентнелинейны х искаж ений спектра S, в про ц ентах о тно сительно уро вня со ставляю щ ей начастоте F (если часто таF не указана- то о тно сительно со ставляю щ ей начастоте перво й г армо ники 1/Tmax). IHD(S[,F]) 4)– ко эффиц иентнелиней ны х искаж ений о тдельны х со ставляю щ их спектра S, в про ц ентах о тно сительно уро вня со ставляю щ ей на частоте F (если частота F не указана - то о тно сительно со ставляю щ ей на часто те перво й г армо ники 1/Tmax). CC(u,v) – взаимная ко рреляц ио нная функц ия сиг нало вu(t) и v(t), равная IFT(CONJ(FFT(v))*FFT(u)). AC(u) – автоко рреляц ио нная функц ия сиг налаu(T), вы числяемая как IFT(CONJ(FFT(u))*FFT(u)). COH(u,v) – но рмиро ванная ко рреляц ио нная функц ия (ко эффиц иентко реляц ии) сиг нало вu(t) и v(t), равная CC(u,v) / SQRT(AC(u(0))*AC(v(0))). REAL(S) – действительная частьспектраS, рассчитанно г о с по мо щ ью функц ии FFT. IMAG(S) – мнимая частьспектраS, рассчитанно г о с по мо щ ью FFT. MAG(S) – мо дульспектраS, рассчитанно г о с по мо щ ью FFT. PHASE(S) – фазаспектраS, рассчитанно г о с по мо щ ью FFT.
38 ЛИТ Е РА Т УРА 1. Разевиг , В .Д . С х емо тех ническо е мо делиро вание с по мо щ ью Micro-CAP7 / В .Д . Разевиг . - М .: Г о рячая линия-Т елеко м, 2003. - 368 с. 2. Разевиг , В .Д . С истемасх емо тех ническо г о мо делиро вания MicroCAP6 / В .Д . Разевиг . - М .: Г о рячая линия-Т елеко м, 2001. - 345 с. 3. Разевиг , В .Д . С истемасх емо тех ническо г о мо делиро вания MicroCAPV / В .Д . Разевиг . - М .: С о ло н, 1997. - 365 с. С ОДЕ РЖ А НИЕ В ведение 1. А НА ЛИЗ П Е РЕ Х ОДНЫ Х П РОЦ Е С С ОВ (Transient Analysis) 1.1. Н ачало анализаперех о дны х про ц ессо в 1.2. Заданиедиапазо но визменения параметро в 1.3. Задание мо делируемы х перех о дны х про ц ессо в 1.4. Заданиефо рмы представления результатовмо делиро вания 1.5. Задание о пц ий управления мо делиро ванием 1.6. П ро веркаг ло бальны х параметро вмо делиро вания 1.7. Задание и редактиро вание начальны х значений переменны х со стояния 1.8. В ы по лнение и завершение мо делиро вания 2. А НА ЛИЗ Ч А С Т ОТ НЫ Х Х А РА К Т Е РИС Т ИК (AC Analysis) 2.1. Н ачало анализачастотны х х арактеристик 2.2. Заданиедиапазо но визменения параметро в 2.3. Задание мо делируемы х часто тны х х арактеристик и фо рмы представления результатовмо делиро вания 2.4. Задание о пц ий управления мо делиро ванием 2.5. В ы по лнение и завершение мо делиро вания 3. С П Е К Т РА ЛЬ НЫ Й А НА ЛИЗ (DSP) 3.1. Задание параметро впрямо г о прео бразо вания Ф урье при про ведении анализаперех о дны х про ц ессо в 3.2. Задание параметро во братно г о прео бразо вания Ф урье при про ведении анализачастотны х х арактеристик 4. М НОГ ОВ А РИА НТ НЫ Й А НА ЛИЗ (Stepping) 5. П РОС М ОТ Р И ОБ РА Б ОТ К А РЕ ЗУЛЬ Т А Т ОВ М ОДЕ ЛИРОВ А НИЯ 5.1. П еремещ ение и масштабиро вание г рафико в. Реж им электро нно й лупы (Scale) 5.2. С читы вание ко о рдинатточек г рафика. Реж им электро нно г о курсо ра(Cursor) 5.3. У стано вкафо рматовг рафико в 5.4. Н анесение наг рафик число вы х значений ко о рдинаткурсо ро в П РИЛОЖ Е НИЕ A. Г ло бальные ус т ано вк и мо делиро вания П РИЛОЖ Е НИЕ B. Нек о т о рые ис т о ч ник и анало го вых с игнало в B.1. Т ипы исто чнико всиг нало ввMicroCAP B.2. И сточники по стоянно г о токаи напряж ения B.3. И сточники импульсно г о токаи напряж ения B.4. И сточники синусо идально г о токаи напряж ения B.5. Ф ункц ио нальны е исто чники напряж ения и тока П РИЛОЖ Е НИЕ С . Ис т о ч ник и циф ро вых с игнало в П РИЛОЖ Е НИЕ D. Операт о ры о брабо т к и с игнало в
3 3 3 4 6 7 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 17 17 18 19 21 21 22 24 24 25 27 27 28 28 30 32 32 36
39
С о ставитель: Зах аро вАлександр В икторо вич Редактор: Т их о миро ваО .А.
